KR101358863B1 - 박막 형성 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박막 형성 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 박막 형성 장치는 반응 공간을 형성하는 챔버와, 챔버 내부에 구비되며, 복수의 기판이 안착되는 기판 안치 수단과, 챔버 내의 상부에 구비되어 회전 가능하며 적어도 둘의 원료 가스, 퍼지 가스 및 반응 가스를 분사하는 복수의 가스 분사부를 포함하는 가스 분사 수단을 포함하며, 적어도 둘의 원료 가스를 분사하는 분사부는 서로 대칭되는 위치에 구비되고, 원료 가스 분사부 사이에 반응 가스 분사부가 구비되며, 원료 가스 분사부 및 반응 가스 분사부 사이에 퍼지 가스 분사부가 구비된다.
본 발명에 따른 박막 형성 장치를 이용하여 적어도 3원소 박막을 형성함으로써 원자층 증착법을 이용하는 박막 형성 시간을 줄일 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.
박막, ALD, 가스 분사부, 3원소 박막

Description

박막 형성 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방법{Apparatus for forming a thin film and method of forming a thin film using the same}
본 발명은 박막 형성 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방법에 관한 것으로, 특히 원료 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스를 동시에 유입시키는 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition)을 이용하여 3원소 이상의 박막을 형성하는 박막 형성 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방볍에 관한 것이다.
반도체 소자가 고집적화됨에 따라 DRAM 등에서 정전 용량을 늘리기 위해 BST 박막, STO 박막, BTO 박막 등의 고유전 박막을 유전체막으로 이용하고 있다. 이러한 고유전 박막은 스퍼터링(sputtering), 유기금속 화학기상증착(metal-organic chemical vapor deposition), 회전 도포(spin coating) 등에 의해 형성할 수 있다. 그러나, 이러한 방법들은 박막의 균일성을 확보하기 어렵고, 박막의 두께를 얇게 제어하기 어려우며, 우수한 스텝 커버러지를 확보하기 어려운 문제가 있다. 따라서, 원자층 증착법을 이용하여 고유전 박막을 형성하게 되었다.
원자층 증착법으로 상기 BST 박막, STO 박막, BTO 박막을 형성하는 경우 제 1 원료 가스 공급, 퍼지, 반응 가스 공급, 제 2 원료 가스 공급, 퍼지, 반응 가스 공급 및 퍼지의 과정을 한 사이클로 하고, 한 사이클 동안 표면 반응에 의해 모노레이어(Monolayer)의 박막을 성장하게 된다. 즉, 원자층 증착법을 이용하여 3원소 박막을 형성하는 경우 한 사이클당 4번의 가스 공급과 4번의 퍼지를 실시한다. 그리고, 한 사이클당 0.5 내지 2Å 정도로 막이 성장된다. 따라서, 증착 속도가 매우 느리고 원하는 두께로 막을 성장시키기 위해 많은 시간이 소요되어 생산성이 떨어지게 된다.
본 발명은 챔버내에 원료 가스, 퍼지 가스 및 반응 가스를 동시에 공급하여 반응, 퍼지 및 증착을 동시에 실시할 수 있는 박막 형성 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방법을 제공한다.
본 발명은 원료 가스와 반응 가스의 반응 시간을 단축시켜 생산성을 향상시킬 수 있는 박막 형성 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방법을 제공한다.
본 발명은 적어도 3개의 원소로 이루어진 박막 증착 공정의 생산성을 향상시킬 수 있는 박막 형성 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 박막 형성 장치는 반응 공간을 형성하는 챔버; 상기 챔버 내부에 구비되며, 복수의 기판이 안착되며 회전 가능한 기판 안착 수단; 및 상기 챔버 내의 상부에 구비되어 적어도 둘의 원료 가스, 퍼지 가스 및 반응 가스를 분사하는 복수의 가스 분사부를 포함하는 가스 분사 수단을 포함하며, 상기 적어도 둘의 원료 가스를 분사하는 분사부는 서로 대칭되는 위치에 구비되고, 상기 원료 가스 분사부 사이에 반응 가스 분사부가 구비되며, 상기 원료 가스 분사부 및 반응 가스 분사부 사이에 퍼지 가스 분사부가 구비된다.
상기 복수의 가스 분사구는 제 1 원료 가스를 분사하는 제 1 가스 분사부; 상기 제 1 가스 분사부와 대칭되는 위치에 구비되며 제 2 원료 가스를 분사하는 제 2 가스 분사부; 상기 제 1 가스 분사부와 제 2 가스 분사부 사이에 위치하며 반응 가스를 분사하는 제 3 및 제 4 가스 분사부; 및 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 분사부 사이에 위치하며 퍼지 가스를 분사하는 제 5, 제 6, 제 7 및 제 8 가스 분사부를 포함한다.
상기 제 1 및 제 2 가스 분사부는 상기 제 1 및 제 2 원료 가스의 혼합 가스를 분사한다.
상기 복수의 가스 분사부는 간격이 조절된다.
본 발명의 다른 양태에 따른 박막 형성 방법은 반응 공간을 형성하며, 기판이 안착되며 회전 가능한 기판 안착 수단을 내부에 구비하는 챔버와 상기 챔버의 내부에 구비되어 상기 기판 안착 수단의 상부에서 가스를 분사하는 복수의 가스 분사부를 포함하는 가스 분사 수단을 포함하는 박막 형성 장치을 이용한 박막 형성 방법에 있어서, 상기 기판 안착 수단이 회전하면서 복수의 가스 분사부가 적어도 둘의 원료 가스, 퍼지 가스 및 반응 가스를 각각 분사하여 상기 기판상에 적어도 3원소 함유 박막을 형성한다.
상기 챔버는 100 내지 350℃의 온도와 10-6 내지 10-2Torr의 압력을 유지한다.
상기 원료 가스는 70 내지 250℃의 온도로 유입시킨다.
상기 적어도 둘의 원료 가스, 퍼지 가스 및 반응 가스는 연속적으로 유입된 다.
상기 적어도 둘의 원료 가스는 혼합하여 유입된다.
상기 적어도 둘의 원료 가스는 시간차를 두고 유입시키고, 상기 반응 가스는 상기 원료 가스들이 유입되지 않는 사이에 유입시키며, 상기 퍼지 가스는 연속적으로 유입시킨다.
상기 적어도 둘의 원료 가스는 혼합하여 소정 간격으로 유입시키고, 상기 반응 가스는 상기 원료 가스의 혼합 가스가 유입되지 않는 사이에 유입시키며, 상기 퍼지 가스는 연속적으로 유입시킨다.
본 발명에 의하면, 복수의 원료 가스와 반응 가스를 연속적으로 챔버 내부로 유입시키고, 이들 가스 사이에 퍼지 가스를 연속적으로 챔버 내부에 유입시켜 적어도 3개의 원소로 이루어진 박막을 형성함으로써 원자층 증착법을 이용하는 박막 형성 시간을 줄일 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 가스들간의 공간 반응을 억제할 수 있어 균일도가 높은 박막을 형성할 수 있고, 챔버에 유입되는 원료 가스의 유입량을 조절하거나 가스 분사부를 조절하여 박막의 조성을 조절할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한 다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 여러 층 및 각 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 표현하였으며 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭하도록 하였다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 “상부에” 또는 “위에” 있다고 표현되는 경우는 각 부분이 다른 부분의 “바로 상부” 또는 “바로 위에” 있는 경우뿐만 아니라 각 부분과 다른 부분의 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 증착 장치의 단면도이고, 도 2는 도 1의 기판 안착 수단 및 가스 분사 수단의 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 증착 장치는 챔버(110)와, 복수의 기판(100)이 안착되는 기판 안착 수단(120)과, 회전하는 몸체부(131)와 몸체부(131)에 접속되어 제 1 및 제 2 원료 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스를 포함하는 공정 가스를 분사하는 복수의 가스 분사부(132)를 포함하는 가스 분사 수단(130)과, 가스 분사 수단(130)에 각각 제 1 및 제 2 원료 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스를 공급하기 위한 제 1 내지 제 4 가스 공급 수단(140, 150, 160 및170)을 포함한다. 또한, 챔버(110) 내부를 배기하는 배기 수단(180)을 포함한다.
여기서, 기판 안착 수단(120) 상에는 도 4에 도시된 바와 같이 4개 또는 그 이상의 기판(110)이 안착될 수 있다. 기판 안착 수단(120)은 소정의 회전 부재를 통해 회전할 수도 있고, 상하 운동을 할 수 있을 뿐만 아니라 복수의 리프트 핀을 포함할 수도 있다.
가스 분사부(130)는 회전하는 몸체부(131)를 포함하고, 몸체부(131)는 그 일부가 챔버(110)의 외측으로 돌출되어 소정의 회전 부재(미도시)와 접속되어 회전 하는 것이 바람직하다. 그리고 챔버(110) 내측으로 연장된 몸체부(131)에는 도 2에 도시된 바와 같이 8개의 가스 분사부(132a, 132b, 132c, 132d, 132e, 132f, 132g, 132h; 132)가 마련되어 제 1 및 제 2 원료 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스를 분사한다. 즉, 제 1 가스 분사부(132a)는 제 1 원료 가스를 분사하고, 제 5 가스 분사부(132e)는 제 1 가스 분사부(132a)와 대칭되는 위치에 마련되어 제 2 원료 가스를 분사한다. 그리고, 제 3 가스 분사부(132c) 및 제 7 가스 분사부(132g)는 서로 대칭되는 위치에 마련되고, 제 1 가스 분사부(132a) 및 제 5 가스 분사부(132e) 각각과 예를들어 90°를 이루는 위치에 마련되어 반응 가스를 분사한다. 또한, 제 2, 제 4, 제 6 및 제 8 가스 분사부(132b, 132d, 132f, 132h)는 제 1, 제 3, 제 5 및 제 7 가스 분사부(132a, 132c, 132e, 132g)와 각각 예를들어 45°를 이루는 위치에 마련되어 퍼지 가스를 분사한다. 한편, 상기 복수의 가스 분사부(132)는 형성되는 박막의 조성에 따라 가스 분사부(132) 사이의 간격을 조절할 수 있다. 예를들어 형성되는 박막의 제 1 원료 물질의 조성이 제 2 원료 물질의 조성보다 많을 경우 제 1 가스 분사부(132a)와 제 2 및 제 8 가스 분사부(132b 및 132g)의 간격을 제 5 가스 분사부(132e)와 제 4 및 제 6 가스 분사부(132d 및 132f)의 간격보다 넓게 할 수 있다.
그리고, 제 1 내지 제 4 가스 공급 수단(140, 150, 160 및 170)은 몸체부(110)를 통해 가스 분사부(132)에 제 1 및 제 2 원료 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스를 공급한다.
상기 박막 증착 장치를 이용하여 세개의 원소를 포함하는 박막을 형성할 수 있다. 예를들어 STO 박막을 형성할 경우 제 1 및 제 2 원료 가스는 각각 Sr을 함유하는 가스와 Ti를 함유하는 가스를 이용한다. 또한, 반응 가스는 산소를 함유하는 가스이고, 퍼지 가스는 아르곤(Ar) 또는 질소(N2) 가스일 수 있다. 또한, BTO 박막을 형성할 경우 제 1 및 제 2 원료 가스는 각각 Ba를 함유하는 가스와 Ti를 함유하는 가스를 이용한다. 여기서, 제 1 및 제 2 원료 가스는 각각 제 1 및 제 2 원료 물질을 기화시켜 이용한다.
구체적으로 Sr을 함유하는 물질은 Sr(C5 iPr3H2)2, SrS, Sr(thd)2(thd=2, 2, 6, 6-tetramethyl-3, 5-heptanedione), Sr(acac)2, Sr(hfac)2, Sr(tfac)2, Sr(hfac)2, Sr(TMFD)2, [Sr(TMHD)2]L(L:lewis base), Sr(tmhd)2(tetraglyme), Sr(tmhd)2(pmdeta), [Sr(acac)2]L(L:lewis base), Sr(dpm)2, Sr(metmhd)2, Sr(tmhd)2(trine)n으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, Ti를 함유하는 물질은 Ti(OiPr)4, Ti(TMHD)2(OiPr)2, Ti(acac)2, Ti(thac)2(OiPr)2, Ti(hfac)2(OiPr)2, Ti(TMHD)2(OnBu)2, Ti(acac)2(OnBu)0, Ti(tfac)2(OnBu)2, Ti(hfac)2(OnBu)2, Ti(TMHD)2(NMe2)2, Ti(TMHD)2(dmae), Ti(Nme2)4, Ti(NEt2)4, Ti(dmea)4, Ti(dmea)2(iPrO)2, Ti(hfac)2(nBuO)2, Ti(tfac)2(nBuO)2, Ti(acac)2(nBuO)2, Ti(TMHD)2(nBuO)2, Ti(TMHD)2(iPrO)2, Ti(hfac)2(iPrO)2, Ti(tfac)(iPrO)2, Ti(acac)2(iPrO)2, Ti(tmhd)2(mpd)로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 그리고, Ba를 함유하는 물질은 Ba(DPM)2, Ba(O2C2H(C2H5)-C4H9)2, Ba(C5Me5)2, Ba(acac)2, Ba(tfac)2, Ba(hfac)2, Ba(tmhd)2(tmhd=2, 2, 6, 6-tetramethyl-3, 5-heptanedione), Ba(TMHD)2(tetraglyme), Ba(tmhd)2(pmdeta), Ba(tmhd)2(tetraen), Ba(metmhd)2, Ba(tmhd)2(trine)n, Ba(TMHD)2L(L:lewis base), Ba(acac)2L으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 산소를 포함하는 반응 물질은 H2O, O2, O3, N2O, H2O2, CH3OH, CH2OHC2OH, t-C2H4OH, n-C4H9OH로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
한편, 상기 박막 증착 장치를 이용한 박막 증착 공정은 챔버 내부를 100∼ 350℃의 온도와 10-6∼10-2Torr의 압력을 유지하여 실시한다. 또한, 제 1 및 제 2 원료 물질은 LDS와 버블러(bubbler)를 이용하여 기화시키고, 제 1 및 제 2 원료 가스의 유입 온도는 70∼250℃로 유지한다.
상기한 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 증착 장치를 이용한 박막 증착 방법을 도 3 및 도 4를 이용하여 설명하면 다음과 같다. 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 증착의 공정 개념도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 증착의 개념 단면도이다. 본 실시 예에서는 제 1 및 제 2 원료 가스를 시간차를 두어 유입시키고, 제 1 및 제 2 원료 가스 사이에 반응 가스를 유입시키며, 퍼지 가스를 계속적으로 유입시킨다.
먼저, 복수의 기판(100)을 상기 박막 증착 장치의 챔버(110) 내부로 로딩시키고, 기판 안착 수단(120) 상에 복수의 기판(100)을 안착시킨다. 그리고, 챔버(110) 내부의 온도를 100∼350℃로 유지하고, 압력을 10-6∼10-2Torr로 유지한다. 이후, 원료 분사 수단(130)의 몸체부(131)를 회전시키면서 제 1 분사부(132a) 및 제 5 분사부(132e)를 통해 제 1 원료 가스 및 제 2 원료 가스를 분사하고, 제 2, 제 4, 제 6 및 제 8 가스 분사부(132b, 132d, 132f, 132h)를 통해 퍼지 가스를 연속 분사하며, 제 3 및 제 7 가스 분사부(132c 및 132g)를 통해 반응 가스를 분사한다.
이때, 몸체부(131)가 도 2에 도시된 바와 같이 반시계 방향으로 회전하기 때 문에 이에 접속된 복수의 가스 분사부(132)도 반시계 방향으로 회전하게 된다. 따라서, 기판(100)에는 제 1 원료 가스(210a)를 분사하는 제 1 가스 분사부(132a)가 지나면서 그 표면에 도 4(a)에 도시된 바와 같이 제 1 원료(210), 예를들어 Sr이 흡착되고, 연속하여 퍼지 가스를 분사하는 제 2 가스 분사부(132b)가 지나면서 도 4(b)에 도시된 바와 같이 기판(100)상에 흡착되지 않은 제 1 원료 가스(210a)를 퍼지한다. 계속하여 반응 가스(220a)를 분사하는 제 3 가스 분사부(132c)가 지나면서 도 4(c)에 도시된 바와 같이 기판(100) 표면에 흡착된 제 1 원료(110)와 반응 가스(220a)가 반응하여 제 1 박막(220), 예를들어 SrO 박막이 형성되고, 연속해서 퍼지 가스를 분사하는 제 4 가스 분사부(132d)가 지나면서 도 4(d)에 도시된 바와 같이 미반응 반응 가스(220a)를 퍼지하여 기판(200) 상에 제 1 박막(220)이 잔류하게 된다. 그리고, 제 2 원료 가스(230a)를 분사하는 제 5 가스 분사부(132e)가 지나면서 도 4(e)에 도시된 바와 같이 기판(100) 상부에 형성된 제 1 박막(220) 상부에 제 2 원료(230)가 흡착되고, 퍼지 가스를 분사하는 제 6 가스 분사부(132f)가 지나면서 도 4(f)에 도시된 바와 같이 흡착되지 않은 제 2 원료 가스(230a)를 퍼지한다. 또한, 계속하여 반응 가스(220a)를 분사하는 제 7 가스 분사부(132g)가 지나면서 도 4(g)에 도시된 바와 같이 기판(100) 표면에 흡착된 제 2 원료(230)와 반응 가스가 반응하여 제 2 박막(240), 예를들어 SrTiO 박막이 형성되고, 연속해서 퍼지 가스를 분사하는 제 8 가스 분사부(132h)가 지나면서 도 4(h)에 도시된 바와 같이 미반응 반응 가스(220a)를 퍼지하여 기판(200) 상에 제 2 박막(340), 예를들어 SrTiO 박막이 잔류된다.
상기와 같은 일련의 과정을 원하는 두께로 박막이 형성될 때까지 반복하게 된다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 2 원료 가스와 퍼지 가스, 그리고 반응 가스를 계속 유입시켜 박막을 형성할 수도 있다. 이 경우 제 1 분사부(132a) 및 제 5 분사부(132e)를 통해 제 1 원료 가스 및 제 2 원료 가스를 연속 분사하고, 제 2, 제 4, 제 6 및 제 8 가스 분사부(132b, 132d, 132f, 132h)를 통해 퍼지 가스를 연속 분사하며, 제 3 및 제 7 가스 분사부(132c 및 132g)를 통해 반응 가스를 연속 분사한다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 2 원료 가스를 혼합하여 시간차를 두어 유입하고, 반응 가스를 제 1 및 제 2 원료 가스의 혼합 가스의 유입 사이에 유입시켜 박막을 형성할 수도 있다. 이 경우 제 1 가스 분사부(132a)와 제 5 분사부(132e)를 통해 제 1 및 제 2 원료 가스의 혼합 가스를 분사하여 기판상에 제 1 원료 및 제 2 원료가 흡착되도록 한 후 흡착되지 않은 제 1 및 제 2 원료 가스를 퍼지하고 반응 가스를 유입시켜 반응시킨다.
한편, 상기 실시 예에서는 STO 박막 및 BTO 박막을 형성하는 경우에 대해 설명하였으나, 이에 국한되지 않고 세개의 원소로 이루어진 박막을 형성하는 경우 상기 증착 장치 및 증착 방법이 이용될 수 있다. 예를들어 고유전막으로 이용되는 BST(Ba, Sr, Ti) 박막을 형성하는 경우와 상변환 물질로 이용되어 상변환 메모리 소자에 이용되는 GST(Ge, Sb, Te) 박막 등의 칼로겐 화합물을 형성하는 경우에 이 용될 수 있다. 여기서, BST 박막을 형성하기 위한 물질로는 상기 Ba 함유 물질, Sr 함유 물질 및 Ti 함유 물질이 이용된다. 또한, GST 박막을 형성하는 경우에는 GeH4를 포함하는 Ge를 함유하는 물질과, Sb(CH3)3, Sb[N(CH3)2]3 또는 Sb[N(Si(CH3)3)2]3 중에서 적어도 하나를 포함하는 Sb를 함유하는 물질과, Te[CH(CH3)2]를 포함하는 Te를 함유하는 물질을 이용할 수 있다. 한편, BST 박막과 GST 박막의 조성에 따라 가스 분사부(132) 사이의 간격을 조절할 수 있다. 예를들어 GST 박막이 GexSbyTez의 조성으로 박막이 형성되고, x>y>z의 조성을 갖는 경우 제 1 가스 분사부(132a)와 제 2 및 제 8 가스 분사부(132b 및 132g)의 간격을 제 5 가스 분사부(132e)와 제 4 및 제 6 가스 분사부(132d 및 132f)의 간격보다 좁게 할 수 있다. 또한, Ge 원료 가스의 유입량보다 Sb 원료 가스의 유입량을 증가시켜 x>y>z의 조성을 갖는 GexSbyTez 박막을 형성할 수 있다.
또한, 상기 STO, BTO, BST, GST 이외에도 세개의 원소를 포함하는 다른 물질들을 상기 방법으로 형성할 수 있다. 예를들어 상변환 물질로 이용되는 칼로겐 화합물로서 비소-안티몬-텔루륨, 주석-안티몬-텔루륨, 5A족 원소-안티몬-텔루륨, 6A족 원소-안티몬-텔루륨, 5A족 원소-안티몬-셀렌 또는 6A족 원소-안티몬-셀렌 등을 상기 방법으로 형성할 수 있다. 여기서, 5A족 원소로는 탄탈륨, 니오브, 바나듐 등이 포함되고, 6A 원소로는 텅스텐, 몰리브덴, 크롬 등이 포함된다.
또한, 산화막 뿐만 아니라 질화막 또는 산화질화막 등 세개의 원소를 포함하 는 물질 또한 상기 방법으로 형성될 수 있다. 예를들어 티타늄-실리콘 질화막, 티타늄-알루미늄 질화막, 티타늄-보론 질화막, 지르코늄-실리콘 질화막, 텅스텐-실리콘 질화막, 텅스텐-보론 질화막, 지르코늄-알루미늄 질화막, 몰리브덴-실리콘 질화막, 몰리브덴-알루미늄 질화막, 탄탈륨-실리콘 질화막, 탄탈륨-알루미늄 질화막, 티타늄 산화질화막, 텅스텐 산화질화막, 탄탈륨 산화질화막등이 상기 방법으로 형성될 수 있다.
또한, 가스 분사부의 수를 증가시켜 네개 이상의 원소로 구성되는 물질을 형성할 수도 있는데, 주석-인듐-안티몬-텔루륨, 비소-게르마늄-안티몬-텔루륨, 티타늄-알루미늄 산화질화막 등을 형성할 수도 있다. 이 경우 가스 분사부의 수를 증가시키지 않고 두개의 원료 가스를 혼합하여 상기 증착 장치를 이용하여 박막을 형성할 수도 있다.
한편, 상기 실시 예는 가스 분사부(130)가 회전하면서 박막이 형성되는 경우에 대해 설명하였으나, 이에 국한되지 않고 가스 분사부(130)는 고정되고, 기판(110)이 안착되는 기판 안착 수단(120)이 회전하면서 박막이 형성될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 증착 장치의 단면도.
도 2는 도 1의 기판 안착 수단 및 가스 분사 수단의 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 증착 방법의 공정 개념도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 증착의 개념 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 박막 증착 방법의 공정 개념도.
도 6은 본 발명의 또다른 실시 예에 따른 박막 증착 방법의 공정 개념도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 챔버 120 : 기판 안착 수단
130 : 가스 분사 수단 131 : 몸체부
132 : 가스 분사부 140 : 제 1 가스 공급 수단
150 : 제 2 가스 공급 수단 160 : 제 3 가스 공급 수단
170 : 제 4 가스 공급 수단 180 : 배기 수단

Claims (11)

  1. 반응 공간을 형성하는 챔버;
    상기 챔버 내부에 구비되며, 복수의 기판이 안착되는 기판 안착 수단; 및
    상기 챔버 내의 상부에 구비되어 제 1 및 제 2 원료 가스를 각각 분사하는 제 1 및 제 2 원료 가스 분사부와, 퍼지 가스를 분사하는 복수의 퍼지 가스 분사부 및 반응 가스를 분사하는 복수의 반응 가스 분사부를 포함하는 가스 분사 수단을 포함하며,
    상기 기판 안착 수단 및 상기 가스 분사 수단의 적어도 어느 하나가 회전 가능하고,
    상기 제 1 및 제 2 원료 가스 분사부는 서로 대칭되는 위치에 구비되고, 상기 제 1 및 제 2 원료 가스 분사부 사이에 반응 가스 분사부가 각각 구비되며, 상기 제 1 및 제 2 원료 가스 분사부와 반응 가스 분사부 사이에 퍼지 가스 분사부가 각각 구비되어, 상기 기판 상에 적어도 3원소 함유 박막을 형성하는 박막 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 가스 분사구는 제 1 원료 가스를 분사하는 적어도 하나의 제 1 가스 분사부;
    상기 제 1 가스 분사부와 대칭되는 위치에 구비되며 제 2 원료 가스를 분사하는 적어도 하나의 제 2 가스 분사부;
    상기 제 1 가스 분사부와 제 2 가스 분사부 사이에 위치하며 반응 가스를 분사하는 적어도 하나의 제 3 가스 분사부; 및
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 가스 분사부 사이에 위치하며 퍼지 가스를 분사하는 적어도 하나의 제 4 가스 분사부를 포함하는 박막 증착 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 가스 분사부는 상기 제 1 및 제 2 원료 가스의 혼합 가스를 분사하는 박막 증착 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 가스 분사부는 이들 사이의 간격이 조절되고, 상기 가스 분사 수단과 상기 기판 사이의 간격이 조절되는 박막 증착 장치.
  5. 반응 공간을 형성하며 기판이 안착되고 회전 가능한 기판 안착 수단을 내부에 구비하는 챔버와, 상기 챔버의 내부에 구비되고 제 1 및 제 2 원료 가스를 각각 분사하는 제 1 및 제 2 원료 가스 분사부와, 퍼지 가스를 분사하는 복수의 퍼지 가스 분사부 및 반응 가스를 분사하는 복수의 반응 가스 분사부를 포함하여 상기 기판 안착 수단의 상부에서 가스를 분사하는 가스 분사 수단을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 원료 가스 분사부는 서로 대칭되는 위치에 구비되고, 상기 제 1 및 제 2 원료 가스 분사부 사이에 반응 가스 분사부가 각각 구비되며, 상기 제 1 및 제 2 원료 가스 분사부와 반응 가스 분사부 사이에 퍼지 가스 분사부가 각각 구비되는 박막 형성 장치를 이용한 박막 형성 방법에 있어서,
    상기 기판 안착 수단이 회전하면서 복수의 가스 분사부가 제 1 및 제 2 원료 가스, 퍼지 가스 및 반응 가스를 각각 분사하여 상기 기판상에 적어도 3원소 함유 박막을 형성하는 박막 형성 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 챔버는 100 내지 350℃의 온도와 10-6 내지 10-2Torr의 압력을 유지하는 박막 형성 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 원료 가스는 70 내지 250℃의 온도로 유입시키는 박막 형성 방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 원료 가스, 퍼지 가스 및 반응 가스는 연속적으로 유입되는 박막 형성 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 원료 가스는 혼합하여 유입되는 박막 형성 방법.
  10. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 원료 가스는 시간차를 두고 유입시키고, 상기 반응 가스는 상기 원료 가스들이 유입되지 않는 사이에 유입시키며, 상기 퍼지 가스는 연속적으로 유입시키는 박막 형성 방법.
  11. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 원료 가스는 혼합하여 소정 간격으로 유입시키고, 상기 반응 가스는 상기 원료 가스의 혼합 가스가 유입되지 않는 사이에 유입시키며, 상기 퍼지 가스는 연속적으로 유입시키는 박막 형성 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180067115A (ko) * 2016-12-12 2018-06-20 주성엔지니어링(주) 기판처리장치 및 기판처리방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020074242A (ko) * 2001-03-19 2002-09-30 주식회사 아펙스 화학기상증착장치
KR20020074243A (ko) * 2001-03-19 2002-09-30 주식회사 아펙스 화학기상증착장치
KR20050104981A (ko) * 2004-04-30 2005-11-03 주성엔지니어링(주) 박막 증착방법 및 분리된 퍼지가스 분사구를 구비하는박막 증착장치
KR20070119850A (ko) * 2006-06-16 2007-12-21 주성엔지니어링(주) 질화막 형성 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020074242A (ko) * 2001-03-19 2002-09-30 주식회사 아펙스 화학기상증착장치
KR20020074243A (ko) * 2001-03-19 2002-09-30 주식회사 아펙스 화학기상증착장치
KR20050104981A (ko) * 2004-04-30 2005-11-03 주성엔지니어링(주) 박막 증착방법 및 분리된 퍼지가스 분사구를 구비하는박막 증착장치
KR20070119850A (ko) * 2006-06-16 2007-12-21 주성엔지니어링(주) 질화막 형성 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180067115A (ko) * 2016-12-12 2018-06-20 주성엔지니어링(주) 기판처리장치 및 기판처리방법
KR102665777B1 (ko) * 2016-12-12 2024-05-14 주성엔지니어링(주) 기판처리장치 및 기판처리방법

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