KR101099191B1 - 기상 증착 반응기 및 이를 이용한 박막 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
기상 증착 반응기는, 제1 물질로 충진되는 챔버; 및 상기 챔버 내에 위치하는 하나 이상의 반응 모듈을 포함할 수 있다. 상기 반응 모듈은, 기판과의 상대적인 이동으로 기판이 상기 반응 모듈을 통과하는 구조를 가지며, 기판에 제2 물질을 주입하는 주입부를 포함할 수 있다. 박막 형성 방법은, 챔버 내에 기판을 위치시키는 단계; 상기 챔버 내에 제1 물질을 충진시키는 단계; 기판을 상기 챔버 내의 반응 모듈에 대해 상대적으로 이동시키는 단계; 및 상기 반응 모듈을 통과하는 기판에 제2 물질을 주입하는 단계를 포함할 수 있다.
원자층, 증착, 반응기, ALD, 챔버, 전구체
Description
실시예들은 기상 증착 반응기 및 이를 이용한 박막 형성 방법에 관한 것이다.
반도체용 재료로는 Si, SiGe 등의 실리콘계 반도체, ZnO 등의 금속산화물 반도체, GaAs, GaP, GaN, AlGaAs, InP 등의 III-V계 화합물 반도체, 또는 CdSe, CdTe, ZnS, CdHgTe 등의 II-VI계 화합물 반도체 등이 있다. 이들을 기판 재료로 사용하고 기판 위에 금속막, 절연막 등을 형성하여 사진, 식각, 세정, 박막 증착 등의 공정을 거쳐 반도체 소자를 제작하게 된다.
고집적화에 널리 이용되고 있는 금속산화막 전계효과 트랜지스터(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor; MOSFET)는 반도체 기판 위에 절연막을 형성하여 트랜지스터의 게이트 절연막으로 사용하며, 기판 위에 금속막을 형성하여 소자의 구동에 필요한 전압이나 전류를 흐르게 한다. 이때 기판과 금속막 또는 절연막 간의 반응은 매우 중요하며, 때로는 이들의 미미한 반응마저 반도체의 소자 특성을 좌우하게 되므로 정확한 계면 제어가 필요하다.
이를 위한 증착 공법도 노(furnace) 장치에서 얻어지는 저압 화학 기상 증착법(Low Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD) 등의 CVD로부터 점차 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition; ALD)으로 바뀌어가고 있는 추세이다. ALD는 원료전구체(source precursor) 주입, 물리흡착층 제거, 반응전구체(reactant precursor) 주입 및 물리흡착층 제거의 4단계로 이루어진다.
피증착물인 반도체 기판에서 HF 또는 기타 다른 화학물질로 자연 산화막을 제거한 후 원료전구체가 증착되므로, 원료전구체는 반도체 기판과 직접 접촉하게 된다. 원료전구체가 기판에 최초로 흡착되어 있는 동안 상호확산을 일으키거나 또는 기판과 원료전구체와의 반응에 의하여 반도체 기판 면에 원치 않는 계면을 형성할 수 있다. 반도체 소자의 디자인 룰(design-rule)이 충분히 클 경우, 이러한 현상이 미미하여 반도체 소자의 특성에 미치는 영향이 작을 수 있으나 소자가 점차 미세화되어 약 32 nm 이하의 디자인 룰을 갖게 되거나 또는 나노 소자나 양자 디바이스(quantum device) 등에서는 계면에서의 반응이나 원하지 않는 계면 형성이나 반응은 심각한 영향을 미칠 수 있게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 원자층 증착법을 도시한 순서도이다. 도 1을 참조하면, 원자층 증착법은 기판을 로딩하는 단계(S11), 기판을 원료전구체 공급 모듈에 통과시켜 원료전구체를 주입하는 단계(S12), 기판을 퍼지(purge)/펌핑(pumping) 모듈에 통과시켜 원료전구체의 물리흡착층을 제거하는 단계(S13), 기판을 반응전구체 공급 모듈에 통과시켜 반응전구체를 주입하는 단계(S14) 및 기판을 퍼지/펌핑 모듈에 통과시켜 반응전구체의 물리흡착층을 제거하는 단계(S15)를 포함할 수 있 다. 이상의 단계들은 목적하는 원자층의 최종 두께가 얻어질 때까지 반복적으로 수행될 수 있다(S16). 이때 각각의 단계를 구현할 수 있도록 고가의 원자층 증착법 전용 밸브를 사용하여 원료전구체, 퍼지 기체(purge gas), 반응전구체, 퍼지 기체 등을 순차적으로 기판에 공급한다.
CVD에 사용되는 반응기는 통상적으로 샤워헤드(showerhead)형 원료 주입기로부터 원료 기체가 분사되어 하부에 위치하는 기판에 증착이 되는데, ALD를 위한 반응기는 크게 두 가지로 구분할 수 있다. 즉, 원료전구체, 반응전구체 및 퍼지 기체 등이, 증착하고자 하는 기판 표면과 평행한 방향으로 측면에서 주입되는 크로스-플로우(cross-flow) 방식[또는 트래블링-웨이브(traveling-wave) 방식 이라고도 함]과, 기판 표면에 수직으로 주입되는 샤워헤드 방식이 있다.
ALD 기상 증착 반응기의 일 예가 대한민국 등록특허 제10-0760428호에 개시된다. 대한민국 등록특허 제10-0760428호의 기상증착 반응기는 원료물질의 주입부와 배기부(원료물질 모듈) 및 반응제의 주입부와 배기부(반응제 모듈)로 구성된 기본 모듈을 이용하여 설계되며 원자층 박막을 형성할 수 있다. 이때 원료물질 모듈과 반응제 모듈은 연속적으로 이웃하여 위치하여야 한다.
상기 기본 모듈을 복수 개 설치할 경우에는, 기판이 이를 한 번 통과할 때 마다 복수 층의 원자층 박막이 얻어진다. 이때 각각의 기본 모듈을 간격을 두고 위치시킬 경우 모듈들 사이에는 챔버의 분위기가 존재하게 된다. 챔버 내는 진공펌프를 사용하여 진공 상태로 만들게 되는데, 장비가 커질수록, 또한 한번에 로딩하는 기판의 수가 많아질수록 챔버 내의 공간이 커지게 되어 점차 대용량의 진공펌프를 필요로 하게 되는 문제점이 있다.
실시예들은, 챔버 내에 물질을 충진시키고 기판이 반응 모듈을 통과하는 동안 챔버 내의 분위기에 노출되지 않도록 구성함으로써 종래 기술의 문제점들을 해결할 수 있으며, 반응기의 면적 또는 부피를 최소화하여 장비의 면적 효율성(area efficiency)(반응기의 면적/장비의 총 면적)을 높일 수 있고, 또한 공정을 단순화할 수 있는 기상 증착 반응기 및 이를 이용한 박막 형성 방법을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 기상 증착 반응기는, 제1 물질로 충진되는 챔버; 및 상기 챔버 내에 위치하는 하나 이상의 반응 모듈을 포함할 수 있다. 상기 반응 모듈은, 기판과의 상대적인 이동으로 기판이 상기 반응 모듈을 통과하는 구조를 가지며, 기판에 제2 물질을 주입하는 주입부를 포함할 수 있다.
상기 반응 모듈은, 기판상에 흡착된 상기 제1 물질의 흡착층의 일부를 제거하는 제1 배기부; 및 기판상에 흡착된 상기 제2 물질의 흡착층의 일부를 제거하는 제2 배기부를 더 포함할 수도 있다. 이때 제1 배기부 및 제2 배기부 각각은 퍼지 기체를 주입하는 퍼지단 및 상기 퍼지 기체와 상기 퍼지 기체에 의해 기판으로부터 탈착된 흡착층의 일부를 상기 챔버 외부로 배출하는 펌핑단을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 박막 형성 방법은, 챔버 내에 기판을 위치시키는 단계; 상기 챔버 내에 제1 물질을 충진시키는 단계; 기판을 상기 챔버 내의 반응 모듈에 대해 상대적으로 이동시키는 단계; 및 상기 반응 모듈을 통과하는 기판에 제2 물질을 주입하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 박막 형성 방법은, 상기 반응 모듈을 통과하는 기판에 제2 물질을 주입하는 단계에 전후하여 각각 기판에 흡착된 상기 제1 물질의 흡착층의 일부를 제거하는 단계 및 기판에 흡착된 상기 제2 물질의 흡착층의 일부를 제거하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
실시예들에 따른 기상 증착 반응기를 이용하면, 원자층 증착 단계를 단순화함으로써 장치의 기계적 구조를 단순화시키고, 이에 의해 제조비를 낮출 수 있다. 또한 동일 면적(footprint)에 더 많은 반응기를 설치할 수 있게 되므로 장비의 생산성(throughput)을 향상시킬 수 있다. 나아가, 반도체 기판이나 디바이스의 표면에 최초로 원료전구체가 흡착됨으로써 발생할 수 있는 확산 현상이나 반응을 최소화할 수 있어, 신뢰도가 높은 장치 및 공정을 제공할 수 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.
도 2는 일 실시예에 따른 기상 증착 반응기를 도시한 개략적인 사시도이다.
도 2를 참조하면, 기상 증착 반응기는 챔버(10) 및 상기 챔버(10) 내에 위치하는 하나 이상의 반응 모듈(20)을 포함할 수 있다. 챔버(10) 내에는 하나 이상의 기판(1)이 지지부(100)에 로딩(loading)될 수 있다. 또한, 챔버(10) 내의 공간은 제1 물질로 충진될 수 있다. 기상 증착 반응기를 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition; ALD)에 이용하는 경우 상기 제1 물질은 반응전구체(reactant precursor)일 수 있다.
통상적으로 반응전구체는 H2O, O2, O3, NH3, H2 등과 같이 증기압(vapor pressure)이 매우 높은 기체이기 때문에 챔버(1) 등의 폐쇄 공간에 충진시키게 되면 매우 빠른 확산운동에 의해 공간적으로 균일하게 퍼질 수 있다. 따라서 별도로 설계된 주입 장치가 없이도 기판(1) 위에 균일하게 반응전구체를 흡착시킬 수 있다. 그 결과 전체 반응기의 크기를 줄일 수 있으므로, 동일한 면적(footprint)에 보다 많은 개수의 반응기를 설치할 수 있어 생산성(throughput)이 향상될 수 있다. 또한, 반응전구체의 주입 장치 설계를 위한 경제적 부담 및 노력이 불필요해진다.
제1 물질은 소정의 유량 또는 압력으로 챔버(10) 내에 충진될 수 있다. 이를 위하여, 챔버(10)에는 제1 물질의 유량 또는 압력을 조절하기 위한 조절 장치(미도시)가 구비될 수 있다. 또한 Ar 등의 비활성 기체를 캐리어 기체(carrier gas)로 사용하여 제1 물질과의 유량비를 조절함으로써 챔버(10) 내의 압력을 조절할 수도 있다.
한편, 금속막과 같이 잔류 산소에 영향을 받는 박막을 형성하기 위해 챔버(1)의 기초 진공 레벨(base vacuum level)을 10-3 Torr 이하로 낮출 필요가 있는 경우에는, 챔버(10)에 터보-분자 펌프(turbo-molecular pump; TMP) 등의 진공 펌프를 설치할 수도 있다. 또한, 기판(1) 및 제1 물질의 온도도 반응에 영향을 미치기 때문에 챔버(10)에는 챔버(10) 내의 온도를 조절하기 위한 가열 장치(미도시)가 구 비될 수도 있다. 기판의 가열 장치가 챔버(10)의 하부에 위치하여 지지부(100)의 서셉터(susceptor)(101)를 가열함으로써 기판을 간접가열하는 방식의 경우, 증착에 사용되는 공간과 가열 장치의 공간은 지지부에 의해 분리가 되어 있다. 이때, 증착에 소요되는 제1 물질과 제2 물질이 가열 장치로 혼입되지 않도록 Ar 등의 불활성 가스를 주입시킴으로써 가열 장치를 퍼지(purge)시킬 수도 있다. 이때 주입되는 퍼지용 가스의 압력이 증착 공간의 압력보다 낮지않도록, 그리고 증착 특성을 저하시키지 않도록 조절하게 된다.
도 2에는 원통 형상의 챔버(10)를 도시하였으나, 이는 예시적인 것으로서 챔버(10)는 기판(1) 및 반응 모듈(20)을 수용 가능한 임의의 형상을 가질 수도 있다. 기판(1)의 형상 또한 도 2에 도시된 디스크 형상에 제한되지 않으며 임의의 형상을 갖는 기판이 사용될 수도 있다.
하나 이상의 반응 모듈(20)은 챔버(10) 내의 고정된 위치에 배치될 수 있다. 반면 기판(1)이 탑재된 지지부(100)는 회전할 수 있으며, 이때의 회전 속도는 일정할 수도 있고, 또는 위치에 따라 다른 속도를 갖도록 컴퓨터에 의해 프로그래밍될 수도 있다. 지지부(100)가 회전하여 기판(1)이 반응 모듈(20)의 하부를 통과할 수 있다. 반면 다른 실시예에서는 반대로 기판(1)의 위치를 고정시키고 반응 모듈(20)을 회전시킴으로써 기판(1)과 반응 모듈(20)의 상대적인 이동을 발생시킬 수도 있다.
상기 기상 증착 반응기는 회전형으로서 기판(1)이 회전 운동에 의하여 반응 모듈(20)에 대해 상대적으로 이동하였으나, 다른 실시예에 따른 기상 증착 반응기 에서 기판(1)과 반응 모듈(20)의 상대적인 이동은 직선 운동 또는 왕복 운동일 수도 있다.
기판(1)이 반응 모듈(20)의 하부를 통과하는 동안, 기판(1)과 반응 모듈(20)은 서로 이격되어 비접촉 상태를 유지할 수 있다. 한편, 반응 모듈(20)을 통과하는 기판(1)은 챔버(10) 내의 제1 물질의 분위기로부터 차폐되거나 또는 제1 물질과 최소한으로 접촉하도록 구성될 수 있다. 이를 위하여, 기판(1)과 반응 모듈(20)의 하부는 서로 인접하여 위치할 수 있다. 일 실시예에서, 반응 모듈(20)은 챔버(10) 내의 물질과의 차폐를 위한 기체 커튼(gas curtain) 또는 배기장치를 가장자리에 구비할 수도 있다.
반응 모듈(20)은 기판(1)에 흡착된 제1 물질의 물리흡착층을 제거하여 배기시키는 섹션(section)과, 기판(1)에 제2 물질을 주입하여 박막을 형성하며, 또한 기판(1)에 흡착된 제2 물질의 물리흡착층을 제거하여 배기시키는 섹션으로 분리될 수 있다. 이에 대한 배기부 라인이 반응 모듈(20) 위에 각각 (201), (203)의 배기부로 도시되어 있다. 이때 배기되는 제1 물질과 제 2 물질은 서로 섞이지 않도록 배기되며, 각 물질별로 통합하여 배기될 수 있다. 즉, 각각의 반응 모듈(20)의 배기부(201)를 한데 모아서 배기시키고, 또한 각각의 반응 모듈(20)의 배기부(203)를 한데 모아서 배기시킬 수 있다..
예컨대, 챔버(10) 내의 제1 물질로 반응전구체를 사용하고, 반응 모듈(20)에 의해 주입되는 제2 물질로 원료전구체(source precursor)를 사용하여, 반응 모듈(20)을 통과한 기판(1)에 원자층 박막을 형성할 수도 있다.
반응전구체인 제1 물질로는, 화학원료로부터 금속, 산화물, 질화물, 탄화물 및 반도체용 재료 등을 얻기 위한 물질이 사용될 수 있다. 예컨대, 제1 물질로는 H2O, H2O2, O2, N2O, O3, O* 라디칼(radical), NH3, NH2-NH2, N2, N* 라디칼, CH4, C2H6 등 유기탄소화합물, H2, H* 라디칼, 또는 다른 적당한 물질을 포함할 수 있으며, 전술한 물질들의 2 이상의 조합을 포함할 수도 있다.
원료전구체인 제2 물질로는, 전술한 제1 물질과 반응 및/또는 치환되어 기판(1) 상에 박막을 형성할 수 있는 물질이 사용될 수 있다. 원료전구체의 종류는 형성하고자 하는 박막의 종류에 따라 다양할 수 있으며, 예컨대 반도체 박막의 경우 원료전구체는 IV족 화합물, III-V계 화합물, 또는 II-VI계 화합물 등일 수 있다. 또한 금속 박막의 경우 원료전구체는 Ni계 화합물, Co계 화합물, Al계 화합물, Ti계 화합물, Hf계 화합물, Zr계 화합물, Ta계 화합물, Mo계 화합물, W계 화합물 또는 이들 물질과 Si의 화합물일 수도 있다. 나아가 유전체 또는 도전 유전체 박막의 경우 원료전구체는 Ni계 화합물, Zn계 화합물, Cu계 화합물, Co계 화합물, Al계 화합물, Si계 화합물, Hf계 화합물, Ti계 화합물, Zr계 화합물, 또는 Ta계 화합물 등일 수 있다. 원료전구체는 이상에서 나열한 물질의 2 이상의 조합을 포함할 수도 있다.
예컨대, 제2 물질로 사용될 수 있는 Si계 화합물로는 SiH4 또는 SiH2Cl2 등이 있다. Al계 화합물로는 트리메틸알루미늄(trimethyl aluminum; TMA) 등이 있다. Hf계 화합물로는 테트라키스 에틸메틸아미노하프늄(Tetrakis- ethylmethylaminohafnium; TEMAHf) 등이 있다. Zr계 화합물로는 테트라키스 에틸메틸아미노지르코늄(tetrakis-ethylmethylaminozirconium; TEMAZr) 등이 있다. 제2 물질의 종류는 전술한 물질에 제한되지 않으며, 최종 생성물인 박막의 종류에 따라 나열된 것 외에도 다양한 물질이 사용될 수 있다.
한편, 반응전구체인 제1 물질은 전술한 물질들의 플라즈마(plasma) 형태일 수도 있으며, 또는 자외선 등의 광과 함께 인가될 수도 있다. 플라즈마, 라디칼, 또는 광자(photon)을 인가하여 반응전구체를 분해시키더라도 그 부산물(by-product)이 최종 생성되는 박막 내에 남을 가능성이 없으며, 박막의 특성을 열화시키거나 악화시키지 않는다. 이들 에너지에 의하여 활성화된 반응전구체를 사용하면 박막 형성이 원활하지 않은 Si계 화합물 또는 TiCl4 등을 원료전구체로 사용하는 경우에도 충분한 흡착 분자가 얻어질 수 있다. 따라서, 박막의 증착 속도를 증가시킬 수 있으며, 기판(1)의 표면 처리 또는 계면 처리를 수월하게 할 수 있다.
이상에서 살펴본 기상 증착 반응기는, 복수 개의 기판(1)이 로딩되는 소위 멀티-웨이퍼(multi-wafer) ALD 반응기에 적용될 수 있다. 상기 기상 증착 반응기는 다수의 전구체 주입 장치를 필요로 하는 경우 효과적일 수 있다. 또한, 원자층 증착법을 구현하되 기판(1)을 먼저 반응전구체에 노출시킨 후 원료전구체를 나중에 흡착시킴으로써 기판(1) 표면과 원료전구체의 반응을 최소화시키고 신뢰도가 높은 장치 및 공정을 제공할 수 있다.
도 3a는 기판(1)과 반응 모듈(20)이 인접한 영역을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 3a를 참조하면, 도 3a에서 기판(1)은 지지부(100)의 서셉터 (101)에 의하여 고정되며 도면 좌측으로부터 우측 방향으로 이동할 수 있다. 즉, 기판(1)은 반응 모듈(20)의 하부를 좌측으로부터 우측으로 통과하게 된다. 기판(1)은 챔버(10) 내의 제1 물질의 분위기에 노출되어 있으므로, 반응 모듈(20)의 하부로 이동하기 전에 기판(1)의 표면에는 제1 물질의 물리적 및/또는 화학적 흡착층이 형성되어 있을 수 있다.
일 실시예에서, 챔버(10)는 기판(1)과 인접한 영역에 채널(115)을 포함할 수도 있다. 이 경우 채널(115)에는 제1 물질이 주입되며, 채널(115)을 제외한 챔버(10) 내의 나머지 영역은 충진재(110)로 채워질 수 있다. 상기 충진재(110)는 챔버(10)의 외벽과 동일한 물질로 이루어질 수도 있다. 이와 같은 구성을 이용하면, 챔버(10) 내에 사용되는 제1 물질의 양을 반응에 필수적인 양으로 제한할 수 있어 경제적인 이점이 있다.
반응 모듈(20)은 배기부(201), 주입부(202) 및 배기부(203)를 포함하여 구성될 수 있다. 좌측으로부터 이동해온 기판(1)이 반응 모듈(20)의 배기부(201)의 하부에 위치되면, 배기부(201)에 의하여 기판(1)상의 제1 물질의 물리흡착층이 제거될 수 있다. 배기부(201)는 퍼지 기체(purge gas)를 기판(1)에 분사한 후 이를 챔버(10) 외부로 펌핑함으로써 퍼지 기체와 함께 제1 물질의 물리흡착층을 제거할 수 있다. 결과적으로, 기판(1) 표면에는 제1 물질의 화학흡착층만이 남게 된다. 일 실 시예에서는, 제1 물질의 물리흡착층의 일부만을 제거하고, 일부 물리흡착층은 기판(1) 표면에 남겨둘 수도 있다.
이때 퍼지 기체로는 비활성 기체가 사용될 수 있다. 예를 들어, 퍼지 기체는 N2 기체, Ar 기체, He 기체, 또는 다른 적당한 물질을 포함할 수 있으며, 전술한 물질들의 2 이상의 조합을 포함할 수 있다.
다음으로 기판(1)이 더 우측으로 이동하면 주입부(202)의 하부에 위치하게 된다. 주입부(202)는 제2 물질을 기판(1)에 분사하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 주입부(202)는 직사각형의 샤워헤드(showerhead) 형태의 분사기일 수도 있다 또는, 지지대(100)가 회전하는 경우 기판(1)의 안쪽과 바깥쪽의 각속도가 다르기 때문에 박막의 균일도를 향상시키기 위하여 주입부(20)는 각속도에 비례하는 파이(pie)형 샤워헤드 형태의 분사기일 수도 있다. 주입부(202)에 의해 주입되는 제2 물질은 제1 물질과 반응 및/또는 치환되어 박막을 형성하기 위한 물질일 수 있다. 예컨대, 기상 증착 반응기를 ALD에 이용하는 경우, 제1 물질은 반응전구체일 수 있으며, 제2 물질은 원료전구체일 수 있다.
제2 물질의 주입에 의하여 박막이 형성된 기판(1)이 더 우측으로 이동하여 배기부(203)의 하부에 위치하게 되면, 배기부(203)는 퍼지 기체의 주입 및 펌핑에 의하여 제2 물질의 흡착층의 일부를 제거할 수 있다. 배기부(203)의 구성 및 기능은 전술한 배기부(201)와 동일하므로 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 과정에 의하면, 기판(1)이 반응 모듈(20)의 하부를 통과하 는 동안 퍼지/펌핑, 제2 물질의 주입 및 퍼지/펌핑 공정이 순차적으로 수행될 수 있다. 또한 반응 모듈(20)을 통과하기 전의 기판(1)은 챔버(10) 내의 제1 물질의 분위기에 노출되어 있으므로, 결과적으로 기판(1)이 챔버(10) 내에 로딩되어 반응 모듈(20)을 통과하는 동안 제1 물질의 주입, 퍼지/펌핑, 제2 물질의 주입 및 퍼지/펌핑의 공정이 수행되어 박막이 형성될 수 있다.
반응 모듈(20)의 하부를 통과한 기판(1)은 다시 챔버(10) 내의 제1 물질의 분위기에 노출되므로, 다시 기판(1) 상에 제1 물질의 물리적 및/또는 화학적 흡착층이 형성될 수 있다. 이러한 상태에서 기판(1)을 또 다른 반응 모듈(20)의 하부에 통과시킴으로써 이미 형성된 박막 위에 다시 박막을 형성할 수 있다. 예컨대 도 2에 도시된 실시예에서는 지지부(100)가 1회전 하는 동안, 하나의 기판(1)이 4개의 반응 모듈(20)을 통과하므로 1회전 동안 기판(1)상에 4개의 박막 층이 형성될 수 있다.
일 실시예에서는, 지지부(100)가 회전하는 것과 더불어 기판(1) 자체를 회전(즉, 자전)시킬 수도 있다. 이때 기판(1)의 자전 방향은 기판 지지부(100)의 회전 방향과 동일한 방향일 수 있으며, 또는 이와 반대 방향일 수도 있다.
도 3b는 박막 형성에 관련된 변수의 설명을 위하여 도 3a에 도시된 기판(1)과 반응 모듈(20)을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 3b를 참조하면, 박막 형성에 관련된 변수는, 배기부(201), 주입부(202) 및 배기부(203) 각각의 간극(x1~x3), 기판(1)과의 거리(z1~z3), 및 단면적(x1×h1, x2 ×h2, x3×h3)에 길이를 곱한 체적과, 반응기의 각 부분을 분리하는 제1 내지 제4 가드(guard)의 폭(L1~L4) 등이다. 이에 더하여, 기판(1)의 이동 속도 및 온도, 제1 물질, 제2 물질 및 퍼지 기체의 유량 또는 압력, 배기부(201, 203)에 의한 펌핑 속도 등이 반응에 영향을 미칠 수 있다.
박막 형성 시 각 공정의 시간을 계산하면, 기판(1)의 이동 속도를 v라 할 경우, 챔버(10) 내에서 제1 물질의 흡착 시간은 [전체 이송 거리 - 반응 모듈(20)의 총 길이]/v 로 계산될 수 있다. 전체 이송 거리는 회전형의 경우 기판(1)이 놓이는 중심부의 원주 길이로 간주할 수 있으며, 하나의 반응 모듈(20)의 총길이는 L1 + x1 + L2 + x2 + L3 + x3 + L4 로 계산될 수 있다. 또한, 배기부(201)에 의한 퍼지/펌핑 시간은 x1/v, 주입부(202)에 의한 제2 물질의 주입 시간은 x2/v, 또한 배기부(203)에 의한 퍼지/펌핑 시간은 x3/v로 각각 계산될 수 있다.
기판(1)은 비접촉 상태에서 반응 모듈(20)의 하부를 통과할 수 있으므로, z1 내지 z4 는 0 보다 큰 값을 가지되 반응 모듈(20)을 통과하는 기판(1)과 챔버(10) 내의 제1 물질의 접촉이 차폐되거나 또는 최소화되는 정도의 값을 가질 수 있다. 또한 바깥쪽의 가드의 폭(L4)을 증가시킴으로써 반응 모듈(20)과 챔버(10) 내의 제1 물질의 접촉을 차폐시키거나 또는 최소화할 수도 있고, 바깥쪽의 제4가드 내에 기체커튼이나 배기장치를 추가할 수도 있다,
이상에서 설명한 모든 관련 변수들은 목적하는 반응의 종류 및 사용되는 물질 등에 따라 적절히 결정될 수 있다.
예컨대, 주입부(202)가 TEMAHf 또는 TEMAZr 등 기체 분압이 상대적으로 낮은 물질을 주입하는 경우에는 주입부(202)의 간극(x2)을 크게 하거나 기판(1)의 이동 속도를 감소시킬 수 있다. 반면 주입부(202)가 TMA 또는 TiCl4 등 기체 분압이 상대적으로 높은 물질을 주입하는 경우에는 기판(1)의 이동 속도를 빠르게 함으로써 생산성을 향상시킬 수 있다.
일 실시예에서는, 배기부(201, 203)의 간극(x1, x3)이나 높이(h1, h3), 배기부(201, 203)에 의한 펌핑 속도 또는 퍼지 기체 유량 등을 조절하여 배기부(201, 203)에서 물리흡착층의 일부만을 기판으로부터 탈착시켜 제거할 수도 있다. 이 경우 물리흡착층의 일부가 화학흡착층과 함께 기판에 남게되므로, 순수한 원자층 박막 형성 속도에 비하여 박막의 증착 속도가 향상될 수 있다.
도 2 및 도 3b를 참조하면, 각각의 반응 모듈(20) 사이의 거리는 기판(1) 상에 제1 물질의 흡착을 유도하기에 충분한 거리로 결정될 수 있다. 예컨대, 기판(1)과 반응 모듈(20)의 상대적인 이동이 직선 이동일 경우, 반응 모듈(20) 사이의 최소 거리는 각 반응 모듈(20)의 주입부(202)의 간극(x2)일 수도 있다. 또한, 반응 모듈(20) 사이의 거리는 챔버(10) 내의 제1 물질의 압력을 고려하여 결정될 수 있다.
반응 모듈(20) 사이의 거리를 고려하여 챔버(10) 내에 가능한 많은 수의 반응 모듈(20)을 설치함으로써, 지지부(100)가 1회전하는 동안 기판(1)상에 가능한 많은 박막 층을 형성할 수 있다. 예컨대, 1회전 당 약 5 내지 약 10층의 원자층 박막을 형성함으로써 생산성이 우수한 공정을 얻을 수 있다.
도 4는 전술한 반응 모듈(20)의 개략적인 사시도이다. 도 4에서 단면(400)이 도 3a 및 도 3b에 도시된 반응 모듈(20)의 단면에 대응될 수 있다.
도 5는 주입부(202)의 측단면도이다. 도시되는 바와 같이, 파이프 형태의 채널을 통하여 제2 물질이 주입될 수 있으며 주입된 제2 물질은 채널에 형성된 하나 이상의 홀을 통하여 하부의 기판에 주입될 수 있다. 각각의 홀의 크기는 일정할 수 있으며, 또는 서로 상이할 수도 있다.
도 6a는 배기부(203)에서 퍼지단(A-A 부분)의 측단면도이며, 도 6b는 배기부(203)에서 펌핑단(B-B 부분)의 측단면도이다. 또한, 도 6c 및 6d는 각각 배기부(203)의 평면도 및 저면도이다.
도 6a 내지 6d를 참조하면, 배기부(203)의 퍼지단은 도 5에 도시된 주입부(202)의 구성과 유사하나, 제2 물질 대신 퍼지 기체가 주입되는 점에서 차이가 있다. 배기부(203)의 펌핑단은 상방에 펌핑된 물질을 배출하는 배출구를 가질 수 있다. 또한 효율적인 펌핑을 위하여 펌핑단의 측면은 곡면으로 처리될 수 있다. 도 6a 내지 6d에서는 배기부(203)의 구성을 예시적으로 도시하였으나, 배기부(201)의 구성 역시 이와 동일할 수도 있다.
이상에서 살펴본 실시예들에서 반응 모듈(20)의 구성은 예시적인 것으로서 다른 실시예에서는 다양한 형태로 반응 모듈(20)을 구성할 수 있다. 예컨대 전술한 실시예들에서 배기부(201, 203)는 퍼지단 및 펌핑단으로 구성되나, 다른 실시예에서는 퍼지단과 펌핑단을 서로 분리하여 위치시킬 수도 있다. 예컨대, 반응 모듈은 퍼지단/펌핑단/주입부, 퍼지단/펌핑단/주입부/펌핑단, 퍼지단/펌핑단/주입부/펌핑단/퍼지단, 퍼지단/펌핑단/주입부/퍼지단/펌핑단, 퍼지단/펌핑단/퍼지단/주입부/퍼지단/펌핑단 등 다양한 형태로 구성될 수 있다.
일 실시예에서는, 배기부(201, 203)에서 퍼지단과 펌핑단 사이의 가드를 제거하여 하나로 구성함으로써, 퍼지 기체 및 기판(1)으로부터 떨어져 나온 물리흡착 분자의 펌핑을 원활하게 할 수도 있다. 또한, 다른 실시예에서는 주입부(202)와 배기부(203)의 퍼지단 사이의 가드를 제거하고 일체화된 형태로 형성할 수도 있다.
도 7a는 다른 실시예에 다른 기상 증착 반응기에서 반응 모듈을 도시한 단면도이다. 도 7a를 참조하면, 반응 모듈은 배기부(204), 주입부(202), 배기부(203)를 포함할 수 있다. 이하에서 설명되는 실시예들의 설명에 있어서, 전술한 실시예들로부터 당업자에게 용이하게 이해될 수 있는 부분에 대해서는 그 설명을 생략한다.
도 7a에 도시된 실시예는 배기부(204)에 있어서 전술한 실시예들과 차이점을 갖는다. 배기부(204)는 퍼지단을 포함하지 않으며 펌핑만을 수행하도록 구성되며, 주입부(202)나 다른 형태의 배기부(203)에 비하여 상대적으로 큰 간극을 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 배기부(204)는 펌핑단을 기준으로 기판(1)의 이동 방향 및 그 반대 방향의 양 방향으로 연장된 간극을 가지며 간극의 표면은 곡면 처리될 수 있다.
도 7b는 또 다른 실시예에 다른 기상 증착 반응기에서 반응 모듈을 도시한 단면도이다. 도 7b에 도시된 배기부(205)는 도 7a에 도시된 배기부(204)에 퍼지단을 추가한 것이다. 배기부(205)는 펌핑단을 기준으로 기판(1)의 이동 방향 및 그 반대 방향의 양 방향에 퍼지 기체의 공급을 위한 채널을 포함할 수 있다. 양 채널에서 공급된 퍼지 기체는 기판(1)의 물리 흡착 분자와 함께 가운데의 펌핑단을 통하여 펌핑될 수 있다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 기상 증착 반응기를 도시한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 기상 증착 반응기는 챔버(10), 제1 반응 모듈(20) 및 제2 반응 모듈(21)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 반응 모듈(20, 21)은 각각 배기부(201, 211), 주입부(202, 212) 및 배기부(203, 213)가 순차적으로 연결되어 형성될 수 있다. 이때 제1 및 제2 반응 모듈(20, 21) 사이의 거리는, 제1 및 제2 반응 모듈(20, 21) 사이를 통과하는 기판(1)에 챔버(10) 내의 제1 물질이 충분히 흡착될 수 있을 정도의 거리로, 주입부(202, 212)의 크기 및 챔버(10) 내의 제1 물질의 압력 등을 고려하여 결정될 수 있다.
2개의 반응 모듈(20, 21)이 연속적으로 위치하므로, 기판(1)이 제1 및 제2 반응 모듈(20, 21)을 통과함에 따라 2 층의 박막이 형성될 수 있다. 각 주입부(202, 212)에서 동일한 제2 물질을 주입할 경우에는 동일 물질의 박막이 2층으로 형성될 수 있다. 예컨대, Ti 금속 원자를 함유하고 있는 제2 물질을 원료전구체로 사용하여 TiO2 원자층 박막을 형성할 경우, TiO2+TiO2 또는 TiN+TiN 등 동종(同種) 박막을 형성할 수 있다.
또한 각 반응 모듈(20, 21)에서 동일한 원료전구체를 주입하는 한편 챔버(10) 내에 충진되는 반응전구체를 변경하면서 박막을 형성하는 경우, 동일한 물질을 포함하는 상이한 종류의 박막을 연속하여 형성할 수도 있다. 예를 들어, TiN+TiO2 또는 TiO2+TiN 등의 이종(異種) 박막을 형성할 수 있다. 또한 각 반응 모듈(20, 21)의 주입부(202, 212)에서 서로 상이한 원료전구체를 주입하는 경우 서로 상이한 원자층 박막을 연속적으로 형성할 수도 있다. 예컨대 TiO2+SiO2 또는Al2O3+HfO2 의 이종 박막, 또는 원료전구체의 반응 모듈을 추가함으로써 Al2O3+HfO2+Ta2O5 등의 다층 이종 박막을 형성할 수 있다.
실시예들에 따른 기상 증착 반응기는 형성하고자 하는 박막의 종류에 따라 플라즈마(plasma), 초고주파 또는 자외선 소스와 결합하여 사용될 수도 있다. 나아가, 하나의 공정에서 전술한 에너지원들을 둘 이상 병행하여 사용하거나, 또는 공정별로 전술한 에너지원들을 단계적으로 사용하여 박막을 형성할 수도 있다.
도 9a는 또 다른 실시예에 따른 기상 증착 반응기를 도시한 단면도이다. 도 9a를 참조하면, 주입부(206)는 제2 물질을 플라즈마(2)의 형태로 공급하기 위한 플라즈마 소스로도 사용될 수 있다. 예컨대, 주입부(206)에서 제2 물질의 공급을 위 한 채널에 플라즈마 발생용 반응 기체를 함께 주입시키고, 채널에 형성되는 홀들과 인접하여 전력을 인가함으로써 플라즈마(2)를 발생시킬 수 있다. 또한 이때 동심원 형태의 전극을 이용하여 기판(1)에 직접 닿지 않는 쪽에서만 플라즈마(2)를 발생시킬 수도 있다. 즉, 주입부(206)에서 채널과 인접한 상부에서만 플라즈마(2)가 발생될 수 있다.
이러한 형태의 주입부(206)는 통상적으로 원자층 증착이 잘 이루어지지 않는 무기 원료전구체를 플라즈마에 의하여 여기(또는 분해)시킨 후 원자층 박막을 형성하기 위한 용도로 사용될 수 있다. 즉, 플라즈마 에너지에 의하여 원료전구체의 1차 반응(또는 분해)을 유도한 후 반응전구체와 최종적으로 반응시키기 위한 것이다.
예를 들어, NH3를 챔버(10)에 충진시킨 상태에서 기판(1)을 로딩 및 이송(또는 회전)시키면, 기판(1)에는 열분해에 의해 생성된 질소 원자가 흡착될 수 있다. 이러한 기판(1)에 원료전구체로서 무기 금속 원료인 TiCl4 또는 SiH4을 주입하면 기판(1)상에 TiN 또는 SiN 박막이 생성될 수 있다. 그러나 이렇게 얻어진 박막에는 잔류 Cl이나 잔류 H가 포함되어 있을 뿐만 아니라, NH3와 Cl의 반응에 의한 NH4Cl이 포함될 수도 있다.
그러나 상기 실시예에서와 같이 주입부(206)를 이용하여 플라즈마(2)의 형태로 TiCl4을 주입하게 되면, Ti 원자 및 Cl 원자가 분해되므로 낮은 온도에서 Ti 원자를 흡착시킬 수 있게 되므로TiN 박막을 증착할 수 있다. 또한, 주입부(206)에서 TiCl4 및 H2를 혼합한 원료전구체를 주입하게 되면, 플라즈마(2) 에너지에 의해 Ti 원자층 또는 이의 유사한 흡착층을 얻을 수 있기 때문에 인큐베이션(incubation) 현상 또는 흡착이 덜 되어 증착률이 낮아지는 현상을 개선할 수 있다. 이때 챔버(10) 내의 반응전구체로 N2+H2의 형성 기체(forming gas)를 사용하게 되면 기판(1)상에 Ti 박막을 얻을 수 있으며, 이와 동일한 방법으로 Si 박막을 얻을 수도 있다.
상기 실시예에서 주입부(206)는 플라즈마 소스의 기능을 하도록 구성되었으나, 다른 실시예에서는 플라즈마 외에도 주입부(206)에서 제2 물질과 함께 자외선 또는 초고주파를 인가함으로써, 자외선 또는 초고주파에 의한 제2 물질의 1차 반응을 유도한 후 2차로 제2 물질과 제1 물질의 최종 반응을 유도할 수도 있다.
전술한 실시예들에 의하면 수소 라디칼 또는 질소 라디칼과 같이 수명이 극히 짧은 경우라 하더라도 기판(1) 바로 위에서 플라즈마를 발생시킬 수 있어 라디칼의 효율이 높은 이점이 있다. 나아가 질소 또는 수소 플라즈마를 발생시키면서 기판(1)을 이동시키면 보다 양질의 막을 얻을 수 있고 낮은 온도에서 많은 박막을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 질화막을 얻을 수도 있게 된다.
셀프-리미팅(self-limiting) 현상이 없는, 즉, 화학 흡착시 포화(saturation)가 되지 않는 원료전구체(예컨대, TiCl4, SiH4 등)를 사용할 경우 기존의 반응기에서는 싸이클(cycle) 회수를 늘려서 한 층의 원자층을 형성하는 방법밖에 없었다. 그러나 실시예들에 따른 기상 증착 반응기를 사용하면 반응전구체가 흡착된 기판(1)에 플라즈마(2)에 의해 여기된 원자층 박막이 최초로 형성되므로, 표면활성화로 인해 충분한 원료전구체의 흡착이 유도되어 별도의 핵 생성(nucleation) 단계가 필요 없고, 또한 인큐베이션(incubation) 현상이 없는 원자층 박막을 얻을 수 있다.
도 9b는 또 다른 실시예에 따른 기상 증착 반응기를 도시한 단면도이다. 도 9b는 플라즈마(2)를 기판(1)에 직접 노출시키는 대신 플라즈마(2)가 기판(1)에 손상을 주는 것을 방지하기 위해 원격 플라즈마(remote plasma)를 사용하는 실시예를 도시한다, 주입부(207)는 제2 물질의 주입을 위한 채널과 별도로 플라즈마 발생용 반응 기체의 주입을 위한 채널을 포함할 수도 있다. 각 채널에 형성된 홀들은 서로 연결되어 있어, 제2 물질 및 플라즈마(2)가 함께 기판(1)에 공급될 수 있다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 기상 증착 반응기를 도시한 단면도이다.
도 10을 참조하면, 기상 증착 반응기는 챔버(10), 제1 반응 모듈(20), 제2 반응 모듈(21) 및 제3 반응 모듈(22)을 포함할 수 있다. 이때 제3 반응 모듈(22)은 도 9a를 참조하여 전술한 실시예에 따라 구성될 수 있으며, 기판(1)에 플라즈마(2)를 인가할 수 있다. 또한 제1 및 제2 반응 모듈(20, 21)은 도 8을 참조하여 전술한 실시예에 따라 구성될 수 있다. 도 10에 도시된 실시예의 구성 및 특징은 전술한 실시예들로부터 용이하게 이해될 수 있으므로 자세한 설명을 생략한다.
도 11은 일 실시예에 따른 박막 형성 방법의 각 단계를 도시한 순서도이다. 도 11을 참조하면, 먼저 챔버 내에 기판을 로딩하고(S21), 챔버 내에 제1 물질을 충진시킬 수 있다(S22). 이때 제1 물질은 ALD에 사용되는 반응전구체일 수 있다. 챔버 내에 로딩된 기판은 제1 물질의 분위기에 노출되므로, 기판상에 제1 물질의 물리적 및/또는 화학적 흡착층이 형성될 수 있다.
다음으로 기판을 반응 모듈의 배기부에 통과시킬 수 있다(S23). 배기부를 통과하면서 기판상의 제1 물질의 물리적 흡착층이 퍼지 기체의 주입 및 펌핑에 의하여 제거될 수 있으며, 제1 물질의 화학적 흡착층만이 남게 된다. 일 실시예에서는, 제1 물질의 물리적 흡착층의 일부만을 제거하고 일부는 기판상에 남게할 수도 있다.
다음으로 기판을 반응 모듈의 주입부에 통과시킬 수 있다(S24). 주입부는 기판상에 제2 물질을 주입할 수 있다. 제2 물질은 전술한 제1 물질과 반응 및/또는 치환되어 박막을 형성하기 위한 물질일 수 있으며, ALD의 경우 원료전구체일 수 있다. 즉, 주입부를 통과하는 동안 기판상에 원자층 박막이 형성될 수 있다.
다음으로, 기판을 반응 모듈의 배기부에 통과시킬 수 있다. 배기부를 통과하면서 제2 물질의 물리적 흡착층이 제거될 수 있으며, 기판상에는 제1 물질 및 제2 물질의 반응 및/또는 치환에 의해 형성된 박막만이 남게될 수 있다. 일 실시예에서는, 제2 물질의 물리적 흡착층의 일부만을 제거하고 일부는 기판상에 남게할 수도 있다.
전술한 제1 물질 주입, 퍼지/펌핑, 제2 물질 주입 및 퍼지/펌핑의 단계를 미리 설정된 두께의 박막이 얻어질 때까지 반복함으로써, 목적하는 두께의 박막을 얻을 수 있다(S26).
도 12는 도 11에 도시된 박막 형성 방법을 공정 흐름으로 도시한 흐름도이다. 도 12를 참조하면, 챔버 내에 제1 물질이 충진되므로 제1 물질은 공정상 항상 온(ON) 상태로 유지되는 것에 해당한다. 한편, 반응 모듈에서는 퍼지/펌핑, 제2 물질 주입 및 퍼지/펌핑의 3가지의 공정이 순차적으로 온(ON)된다. 이때 제1 물질 주입, 퍼지/펌핑, 제2 물질 주입 및 퍼지/펌핑의 4가지 공정을 하나의 싸이클(C)로 하여 복수 개의 싸이클을 반복하여 수행함으로써 목적하는 두께의 박막을 얻을 수 있다.
도 13은 도 11 및 도 12에 도시된 박막 형성 방법에 의한 분자 반응을 도식적으로 도시한 개략도이다. 도 13의 (a)를 참조하면, 제1 물질이 기판에 주입되면서 기판상에 제1 물질의 물리적 흡착층 및/또는 화학적 흡착층이 형성될 수 있다. 도 13의 (b)를 참조하면, 퍼지 및 펌핑 공정에 의하여 제1 물질의 물리적 흡착층이 제거될 수 있으며, 결과적으로 화학적 흡착층만이 남게 된다.
도 13의 (c)를 참조하면, 제1 물질의 화학적 흡착층이 형성된 기판상에 제2 물질을 주입할 수 있으며, 제2 물질의 물리적 및/또는 화학적 흡착층이 기판상에 형성될 수 있다. 이때 제2 물질의 화학적 흡착층은 제1 물질의 화학적 흡착층과의 반응 및/또는 치환에 의하여 박막을 형성할 수 있다. 도 13의 (d)를 참조하면, 퍼지 및 펌핑 공정에 의하여 제2 물질의 물리적 흡착층이 제거될 수 있으며, 결과적으로 기판상에 한 층의 원자층 박막만이 남게 될 수 있다.
도 13의 (b) 및 (d)에서 각각 전술한 제1 물질의 물리적 흡착층 및 제2 물질의 물리적 흡착층의 제거 과정에서, 물리적 흡착층의 일부만을 제거할 수도 있다. 이 경우 잔여 물리적 흡착층이 화학적 흡착층과 동시에 기판에 남게되므로, 순수한 원자층 박막 형성 속도에 비하여 박막의 증착 속도가 향상될 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 원자층 증착법을 도시한 순서도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 기상 증착 반응기의 개략적인 사시도이다.
도 3a는 일 실시예에 따른 기상 증착 반응기의 반응 모듈의 단면도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 기상 증착 반응기의 부분 확대도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 기상 증착 반응기의 반응 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 기상 증착 반응기의 주입부의 측단면도이다.
도 6a 및 6b는 실시예들에 따른 기상 증착 반응기의 배기부의 측단면도들이다.
도 6c는 일 실시예에 따른 기상 증착 반응기의 배기부의 평면도이다.
도 6d는 일 실시예에 따른 기상 증착 반응기의 배기부의 저면도이다.
도 7a 및 7b는 다른 실시예들에 따른 기상 증착 반응기의 반응 모듈의 단면도들이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 기상 증착 반응기의 단면도이다.
도 9a 및 9b는 또 다른 실시예들에 따른 기상 증착 반응기의 단면도들이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 기상 증착 반응기의 단면도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 박막 형성 방법의 순서도이다.
도 12는 일 실시예에 따른 박막 형성 방법의 공정 흐름도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 박막 형성 방법에 의한 물질 반응을 도시한 개략 도이다.
Claims (25)
- 제1 물질로 충진되어 상기 제1 물질의 분위기를 갖는 챔버; 및상기 챔버 내에 위치하는 하나 이상의 반응 모듈을 포함하되,상기 반응 모듈은,기판과의 상대적인 이동으로 기판이 상기 반응 모듈을 통과하는 구조를 가지며, 기판에 상기 제1 물질과 반응하는 제2 물질을 주입하는 주입부를 포함하고,기판이 상기 반응 모듈을 통과하여 이동하는 동안 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질의 반응에 의해 기판상에 박막이 형성되는 것을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
- 제 1항에 있어서,상기 반응 모듈은,기판에 흡착된 상기 제1 물질의 흡착층의 일부를 제거하는 제1 배기부; 및기판에 흡착된 상기 제2 물질의 흡착층의 일부를 제거하는 제2 배기부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
- 제 2항에 있어서,상기 반응 모듈은 상기 제1 배기부, 상기 주입부 및 상기 제2 배기부를 순차적으로 연결하여 구성된 것을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
- 제 2항에 있어서,상기 제1 배기부 및 상기 제2 배기부는,퍼지 기체를 주입하는 퍼지단; 및상기 퍼지 기체 및 상기 퍼지 기체에 의해 기판으로부터 탈착된 흡착층의 일부를 상기 챔버 외부로 배출하는 펌핑단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
- 제 4항에 있어서,상기 퍼지 기체는 N2, Ar 및 He로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2 이상의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
- 제 1항에 있어서,상기 챔버는, 하나 이상의 기판을 탑재하고 회전하는 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
- 제 1항에 있어서,상기 챔버는 상기 제1 물질의 압력 또는 유량을 조절하는 조절 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
- 제 7항에 있어서,상기 조절 장치는 진공 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
- 제 1항에 있어서,상기 챔버는 상기 챔버 내의 온도를 조절하는 가열 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 하는 기상 증착 반응기.
- 제 1항에 있어서,상기 반응 모듈은 상기 반응 모듈을 통과하는 기판이 상기 챔버 내의 상기 제1 물질로부터 차폐되도록 구성된 것을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
- 제 1항에 있어서,상기 주입부는 기판에 플라즈마, 초고주파, 또는 자외선을 인가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
- 제 1항에 있어서,상기 제1 물질은, H2O, H2O2, O2, N2O, O3, O* 라디칼, NH3, NH2-NH2, N2, N* 라디칼, CH4, C2H6, H2 및 H* 라디칼로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2 이상의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
- 제 1항에 있어서,상기 제2 물질은, IV 족 화합물, III-V계 화합물, II-VI계 화합물, Ni계 화합물, Co계 화합물, Cu계 화합물, Al 계 화합물, Ti계 화합물, Hf계 화합물, Zr계 화합물, Ta계 화합물, Mo계 화합물, W 계 화합물, Si계 화합물 및 Zn계 화합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2 이상의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
- 챔버 내에 기판을 위치시키는 단계;상기 챔버가 제1 물질의 분위기를 갖도록 상기 챔버 내에 상기 제1 물질을 충진시키는 단계;기판을 상기 챔버 내의 반응 모듈에 대해 상대적으로 이동시키는 단계;상기 반응 모듈을 통과하는 기판에 상기 제1 물질과 반응하는 제2 물질을 주입하는 단계; 및기판이 상기 반응 모듈을 통과하여 이동하는 동안 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질의 반응에 의해 기판상에 박막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
- 제 14항에 있어서,상기 제2 물질을 주입하는 단계 전에, 기판상에 흡착된 상기 제1 물질의 흡착층의 일부를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
- 제 15항에 있어서,상기 제1 물질의 흡착층의 일부를 제거하는 단계는,기판상에 퍼지 기체를 주입하는 단계; 및상기 퍼지 기체 및 상기 퍼지 기체에 의해 기판으로부터 탈착된 제1 물질의 흡착층의 일부를 상기 챔버 외부로 펌핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
- 제 16항에 있어서,상기 퍼지 기체는 N2, Ar 및 He로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2 이상의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
- 제 14항에 있어서,상기 제2 물질을 주입하는 단계 후에, 기판상에 흡착된 상기 제2 물질의 흡착층의 일부를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
- 제 18항에 있어서,상기 제2 물질의 흡착층의 일부를 제거하는 단계는,기판상에 퍼지 기체를 주입하는 단계; 및상기 퍼지 기체 및 상기 퍼지 기체에 의해 기판으로부터 탈착된 제2 물질의 흡착층의 일부를 상기 챔버 외부로 펌핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
- 제 19항에 있어서,상기 퍼지 기체는 N2, Ar 및 He로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2 이상의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
- 제 14항에 있어서,기판을 상기 챔버 내의 반응 모듈에 대해 상대적으로 이동시키는 단계는, 기판을 지지부에 탑재시키고 상기 지지부를 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
- 제 14항에 있어서,상기 챔버 내의 온도를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
- 제 14항에 있어서,상기 기판에 제2 물질을 주입하는 단계는, 기판에 플라즈마, 초고주파, 또는 자외선을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
- 제 14항에 있어서,상기 제1 물질은, H2O, H2O2, O2, N2O, O3, O* 라디칼, NH3, NH2-NH2, N2, N* 라디칼, CH4, C2H6, H2 및 H* 라디칼로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2 이상의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
- 제 14항에 있어서,상기 제2 물질은, IV 족 화합물, III-V계 화합물, II-VI계 화합물, Ni계 화합물, Co계 화합물, Cu계 화합물, Al 계 화합물, Ti계 화합물, Hf계 화합물, Zr계 화합물, Ta계 화합물, Mo계 화합물, W 계 화합물, Si계 화합물 및 Zn계 화합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2 이상의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
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- 2009-08-12 KR KR1020090074143A patent/KR101099191B1/ko active IP Right Grant
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