KR101060606B1 - 박막증착방법 - Google Patents

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Abstract

박막증착장치와 이를 이용한 박막증착방법이 개시된다. 챔버는 내부에 수용부가 형성되며, 챔버의 내표면에는 하프늄 산화물이 형성되도록 한다. 서셉터는 챔버의 내부에 설치되며, 기판이 안착된다. 가스 분사장치는 서셉터의 상부에 설치되며, 챔버 내부로 가스를 공급한다. 본 발명에 따르면, GST는 하프늄 산화물 상에서 거의 증착되지 않으므로 하프늄 산화물이 형성된 챔버 내표면에 GST 박막이 증착되지 않게 된다. 따라서 원하지 않는 박막이 챔버 내표면에 증착되어 발생하는 박리현상이 발생하지 않게 된다.
박리, 챔버실드, GST, 세정

Description

박막증착방법{Method for depositing thin films}
본 발명은 반도체 공정에 이용되는 박막증착장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 GST 박막을 증착하는 장치 및 이를 이용한 박막증착방법에 관한 것이다.
GST는 대표적인 상변화 물질(phase change material)로서 상전이 랜덤 액세스 메모리(phase change random access memory, PRAM)와 같은 메모리 소자에 많이 이용되며, 최근에는 그 응용분야가 점차 증가하고 있는 추세이다.
GST 박막은 스퍼터링(sputtering)법, 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD)법, 원자층증착(atomic layer deposition, ALD)법 등으로 증착할 수 있는데, 최근에는 ALD법으로 GST 박막을 증착하는 것에 관한 연구가 활발히 진행 중에 있다.
GST 박막증착공정을 수행하게 되면, 기판을 제외한 나머지 부분에도 원하지 않는 증착이 이루어지게 된다. 예를 들어 챔버의 내벽, 기판이 안치된 부분을 제외한 서셉터의 상면 일부나 서셉터의 측면, 샤워헤드의 하면 등이 그러한 곳이다. 원하지 않는 증착이 반복되어 일정 두께 이상의 박막이 챔버의 내벽 등에 증착이 되면, 박리현상이 일어나게 된다. 그리고 박리된 입자는 오염원으로 작용하여 제품 불량의 원인이 된다.
따라서 박리현상을 방지하기 위해서는 챔버의 내부를 주기적으로 세정해 주어야 한다. 이를 위해 세정가스를 플라즈마 상태로 여기시킨 후, 챔버 내벽에 증착된 물질과 반응시켜 세정하는 건식세정 방법이 많이 사용되고 있다. 그러나 플라즈마를 이용한 건식세정만으로는 챔버 내부를 완벽하게 세정할 수 없기 때문에 주기적으로 챔버를 분해하여 세정하는 과정이 필요하게 된다.
그러나 챔버를 분해하여 세정을 하게 되면, 장치를 다운(down)시켜야 할 뿐만 아니라, 세정을 마친 후에도, 펌핑을 통해 세정 과정 중에서 챔버 내부에 발생한 수증기 및 불순물을 제거하여야 하고, 안정된 공정압력 및 공정온도를 형성하는 과정을 거쳐야 한다. 또한, 더미(dummy) 웨이퍼에 실제 증착공정을 수행하여 박막균일도나 파티클의 오염도를 확인하는 과정을 거쳐야 하기 때문에, 많은 시간이 소요되고 결과적으로 시간당 생산량(throughput)의 감소를 초래하게 된다. 따라서 챔버를 분해하여 세정하는 과정의 주기를 길게 가져가는 것이 생산성 측면에서 바람직하다.
이러한 문제점을 완화하기 위해 제안된 것이, 챔버 내부에 챔버실드(chamber shield)를 설치하는 것이다. 챔버실드를 챔버 내부에 설치하게 되면 일정 주기의 공정을 거친 후에 챔버실드만을 세정하거나 교체함으로써, 챔버를 분해하여 세정하는 과정의 주기를 길게 하거나 아예 챔버실드만을 교체하고 챔버를 분해하여 세정하지 않아도 된다.
그러나 챔버실드를 설치하더라도 챔버실드를 세정 또는 교체를 위해 장치를 다운시키는 것이 필요하게 된다. 따라서 챔버실드를 세정 또는 교체한 후, 안정성 확보를 위한 펌핑과정 및 더미 웨이퍼 증착과정을 거쳐야 하기 때문에, 공정효율이 현저하게 저하되는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 챔버의 세정이 필요없는 박막증착방법을 제공하는 데에 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 박막증착장치의 일 실시예는 수용부가 형성되어 있는 챔버; 상기 챔버의 내부에 설치되며, 기판이 안치되는 서셉터; 및 상기 서셉터의 상부에 설치되며, 상기 챔버 내부로 가스를 분사하는 가스 분사장치;를 구비하며, 상기 챔버의 내표면에 하프늄 산화물(HfO2)이 형성되도록 한다. 이를 이용해 Ge, Sb 및 Te 중 적어도 두 개가 포함된 박막을 증착한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 박막증착장치의 다른 실시예는 수용부가 형성되어 있는 챔버; 상기 챔버의 내부에 설치되며, 기판이 안치되는 서셉터; 상기 서셉터의 상부에 설치되며, 상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 분사장치; 및 상기 챔버의 내부에 설치되며, 표면에 하프늄 산화물이 형성되어 있는 챔버실드;를 구비한다. 이를 이용해 Ge, Sb 및 Te 중 적어도 두 개가 포함된 박막을 증착한다.
삭제
본 발명에 따르면, GST는 하프늄 산화물 상에서 거의 증착되지 않으므로 하 프늄 산화물이 형성된 챔버 내표면에 GST 박막이 증착되지 않게 된다. 따라서 원하지 않는 박막이 챔버 내표면에 증착되어 발생하는 박리현상이 발생하지 않게 되므로 챔버의 세정이 필요없게 되어 공정효율을 증가시킬 수 있다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 박막증착장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 박막증착장치의 바람직한 일 실시예에 대한 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 박막증착장치(100)는 챔버(110), 서셉터(120), 가스 분사장치(130) 및 플라즈마 발생장치(140)를 구비한다.
챔버(110)에는 수용부가 형성되어 있으며, 기판이 출입하는 출입구(도면 미도시) 및 잔류가스와 퍼지가스를 배출하는 배기구(도면 미도시)가 형성되어 있다. 그리고 챔버(110) 내표면에는 하프늄 산화물(HfO2)이 형성되어 있다. 이를 위해 챔버(110) 내표면을 하프늄 산화물로 코팅할 수 있다. 챔버(110)는 Ge, Sb 및 Te 중 적어도 두 개가 포함된 박막을 증착할 때 이용될 수 있다. 특히, 박막증착장치(100)에 구비된 챔버(110)는 GST 박막, 도핑된 GST 박막, GeTe 박막, SbTe 박막 등을 증착하는 데 이용될 수 있다.
서셉터(120)는 챔버(110)의 내부에 위치하며 상면에 기판(W)이 안치된다. 그리고 서셉터(120)에는 기판(W)을 가열하는 히터가 매립되어 있다. 서셉터(120)의 표면에는 하프늄 산화물이 형성되어 있을 수 있다. 특히, 서셉터(120)의 상면과 측면이 하프늄 산화물로 코팅된 것이 이용될 수 있다.
가스 분사장치(130)는 서셉터(120)의 상방에 위치하여 챔버(110) 내부로 가스를 공급한다. 예컨대, 원자층증착법을 통해 GST 박막을 기판(W) 상에 증착하기 위해서, 가스 분사장치(130)는 Ge 소스가스 분사장치, Sb 소스가스 분사장치, Te 소스가스 분사장치, 반응가스 분사장치 및 퍼지가스 분사장치를 구비한다. 그리고 가스 분사장치(130)는 샤워헤드(showerhead) 형태로 구성될 수 있다. 가스 분사장치(130)의 표면에는 하프늄 산화물이 형성되어 있을 수 있다. 특히, 가스 분사장치(130)에서 가스가 분사되는 면이 하프늄 산화물로 코팅된 것이 이용될 수 있다.
플라즈마 발생장치(140)는 가스 분사장치(130)를 통해 챔버(110) 내부로 공급된 가스를 플라즈마화시키는 것으로서, 가스 분사장치(130)에 RF 파워를 공급하고, 챔버(110)와 서셉터(120)는 접지시키는 역할을 한다. 도 1에는 가스 분사장치(130)에 RF 파워를 인가하여 챔버(110) 내부에서 플라즈마를 발생시키는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 챔버(110) 외부에 별도의 플라즈마 발생기를 구비하여, 그곳에서 발생된 플라즈마를 챔버(110) 내부로 유입시키는 것도 가능하다.
도 2는 기판의 종류에 따라 GST 박막이 증착된 정도를 나타내는 그래프이다. 모든 경우에 기판의 온도는 150℃로 일정하게 유지하였다.
도 2를 참조하면, 티타늄 산화물(TiO2) 기판과 티타늄 질화물(TiN) 기판 상에는 GST 박막이 상당히 많은 양이 증착되고, 실리콘 산화물(SiO2) 기판, 실리콘 질화물(Si3N4) 기판 및 지르코늄 산화물(ZrO2) 기판 상에는 상대적으로 적은 양의 GST 박막만이 증착된다. 그러나 참조번호 210으로 나타낸 바와 같이 하프늄 산화물 기판 상에는 GST 박막이 거의 증착되지 않는다.
따라서 도 1의 박막증착장치(100)와 같이 챔버(110)의 내표면, 서셉터(120)의 표면 및 가스 분사장치(130)의 표면이 하프늄 산화물로 코팅되어 있으면, GST 박막 증착시에 기판(W) 외의 곳에는 GST가 거의 증착되지 않게 된다. 이와 같이 GST 박막 증착시에 챔버(110) 내표면과 같은 곳에 GST가 거의 증착되지 않으면, 박막증착장치(100)의 세정주기를 길게 하거나 아예 세정할 필요가 없게 되어 공정효율이 증가된다.
도 2는 GST 박막에 관해서 나타내었으나, GeTe나 SbTe와 같은 이원계 화합물 박막이나 도핑된 GST 박막의 경우도 유사한 결과를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 박막증착장치에 대한 바람직한 다른 실시예의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 박막증착장치(300)는 챔버(310), 서셉터(320), 가스 분사장치(330), 플라즈마 발생장치(340) 및 챔버실드(350)를 구비한다. 도 3의 챔버(310), 서셉터(320), 가스 분사장치(330) 및 플라즈마 발생장 치(340)는 도 1의 챔버(110), 서셉터(120), 가스 분사장치(130) 및 플라즈마 발생장치(140)에 각각 대응된다.
챔버실드(350)는 챔버(310) 내부에 볼트 등의 결합부재를 이용하여 설치되며, 챔버실드(350)의 표면에는 하프늄 산화물이 형성되어 있다. 도 3에는 챔버(310)의 내측에만 챔버실드(350)가 설치되는 것으로 도시되어 있으나, 서셉터(320)의 측면이나 서셉터(320)의 상면 중 기판(W)이 안치되는 부분을 제외한 부분에도 설치될 수 있다.
이와 같이 챔버실드(350)를 설치하면, 박막증착장치(300) 자체를 세정할 필요없이 챔버실드(350) 만을 교체하여 주면 되는 이점이 있다. 그리고 표면이 하프늄 산화물이 코팅되어 있는 챔버실드(350)를 이용하면, 상기에서 언급한 바와 마찬가지로 챔버실드(350)의 표면에 원하지 않는 박막이 거의 증착되지 않게 되어 세정 주기를 더욱 길게 할 수 있거나 아예 세정이 필요 없게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 박막증착장치의 바람직한 일 실시예의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 박막증착장치의 바람직한 다른 실시예의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 기판의 종류에 따라 GST 박막이 증착된 정도를 나타내는 그래프이다.

Claims (6)

  1. 수용부가 형성되어 있는 챔버;
    상기 챔버의 내부에 설치되며, 기판이 안치되는 서셉터; 및
    상기 서셉터의 상부에 설치되며, 상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 분사장치;를 포함하며,
    상기 챔버의 내표면에 하프늄 산화물(HfO2)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막증착장치를 이용하는 박막증착방법으로서,
    상기 서셉터 상면에 기판을 안치하는 단계; 및
    상기 기판 상에 Ge, Sb 및 Te 중 적어도 두 개가 포함된 박막을 증착하는 단계를 포함하여,
    상기 챔버의 내표면에 원하지 않는 박막이 증착되어 발생하는 박리현상이 발생하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  2. 수용부가 형성되어 있는 챔버;
    상기 챔버의 내부에 설치되며, 기판이 안치되는 서셉터;
    상기 서셉터의 상부에 설치되며, 상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 분사장치; 및
    상기 챔버의 내부에 설치되며, 표면에 하프늄 산화물이 형성되어 있는 챔버실드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치를 이용하는 박막증착방법으로서,
    상기 서셉터 상면에 기판을 안치하는 단계; 및
    상기 기판 상에 Ge, Sb 및 Te 중 적어도 두 개가 포함된 박막을 증착하는 단계를 포함하여,
    상기 챔버의 내표면에 원하지 않는 박막이 증착되어 발생하는 박리현상이 발생하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 챔버는 내표면에 하프늄 산화물이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서셉터의 표면에 하프늄 산화물이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 분사장치의 표면에 하프늄 산화물이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  6. 삭제
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