KR101409890B1 - 가스공급장치, 이를 구비한 박막증착장치 및 이를 이용한박막증착방법 - Google Patents

가스공급장치, 이를 구비한 박막증착장치 및 이를 이용한박막증착방법 Download PDF

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Abstract

가스공급장치, 이를 구비한 박막증착장치 및 이를 이용한 박막증착방법이 개시된다. 박막증착장치는 반응기와 반응기 내부에 회전 가능하게 설치되며 상면에 기판을 안착시키는 복수의 기판안착부를 구비하는 기판지지부를 구비한다. 그리고 기판지지부의 상부에 서로 다른 종류의 원료가스를 기판지지부 상으로 공급하는 복수의 원료가스공급장치와 복수의 원료가스공급장치 사이에 배치되어 원료가스를 퍼지하는 퍼지가스를 기판지지부 상으로 공급하는 복수의 퍼지가스공급장치가 방사형으로 설치되는 가스분사부를 구비한다. 원료가스공급장치는 원료가스를 공급하기 위한 공급구가 형성되어 있는 리드플레이트와 공급구와 연통되는 제1확산공간을 리드플레이트와 함께 형성하도록 리드플레이트에 대하여 하방으로 일정거리 이격되게 배치되며, 제1확산공간과 연통되는 복수의 관통공이 형성되어 있는 확산플레이트를 구비한다. 또한, 관통공과 연통되는 제2확산공간을 확산플레이트와 함께 형성하도록 확산플레이트에 대하여 하방으로 일정거리 이격되게 배치되며, 제2확산공간과 연통되는 복수의 분사공이 형성되어 있는 분사플레이트를 구비한다. 본 발명에 따르면, 균일한 흐름을 갖는 가스를 기판 상에 공급할 수 있고, 생산성이 향상된다.

Description

가스공급장치, 이를 구비한 박막증착장치 및 이를 이용한 박막증착방법{Gas supplying apparatus, apparatus for depositing thin film on wafer having the same and method for depositing thin film on wafer using the same}
도 1은 종래의 기판 홀더가 회전하는 박막증착장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 박막증착장치의 바람직한 일 실시예를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 박막증착장치에 구비되는 기판지지부에 대한 바람직한 일 실시예를 나타내는 도면으로서, 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 박막증착장치에 구비되는 가스분사부에 대한 바람직한 일 실시예를 나타내는 도면으로서, 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 박막증착장치에 구비된 가스분사부에 설치되는 원료가스공급장치에 대한 개략적인 구성을 나타내는 도면으로서, 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 박막증착장치에 구비된 가스분사부에 설치되는 원료가스공급장치의 다른 실시예에 대한 개략적인 구성을 나타내는 도면으로서, 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선에 대응되는 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 박막증착장치에 구비된 가스분사부에 설치되는 원료가스공급장치의 또 다른 실시예에 대한 개략적인 구성을 나타내는 도면으로서, 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선에 대응되는 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 박막증착장치에 이용되는 확산플레이트의 사시도,
도 9a는 본 발명에 따른 박막증착장치에 이용되는 확산플레이트의 다른 실시예에 대한 사시도,
도 9b는 본 발명에 따른 박막증착장치에 이용되는 확산플레이트의 다른 실시예에 대한 또 다른 형태의 사시도,
도 10은 본 발명에 따른 박막증착장치의 바람직한 다른 실시예를 나타내는 도면, 그리고,
도 11은 본 발명에 따른 박막증착방법의 바람직한 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 박막증착장치 110: 반응기 111: 바닥부
112: 외측부 113: 상측플레이트 120: 기판지지부
121: 서셉터 122: 기판안착부 123: 샤프트
124: 삽입홈부 130: 가스분사부 131: 지지부재
132: 돌출부 150: 가스공급장치 170: 리모트 플라즈마 발생기
150a, 150b, 150c: 원료가스공급장치 150d: 퍼지가스공급장치
151: 공급구 152: 공급관 155: 중앙퍼지가스공급장치
160: 박막증착공간 210, 310, 410: 리드플레이트
220, 320, 420: 확산플레이트 230, 330, 430: 분사플레이트
240, 340, 440: 제1확산공간 250, 350, 450: 제2확산공간
221, 321: 관통공 231, 331: 분사공 322: 분리벽
421: 제1관통공 422: 제2관통공 431: 제1분사공
432: 제2분사공
본 발명은 가스공급장치, 박막증착장치 및 박막증착방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박막의 균일도를 우수하게 하기 위한 가스공급장치, 이를 이용한 박막증착장치 및 이를 이용한 박막증착방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 스케일이 점차 축소됨에 따라 극박막에 대한 요구가 갈수록 증대되고 있다. 또한 콘택홀 크기가 감소되면서 단차 도포성(step coverage)에 대한 문제가 점점 더 심각해지고 있다. 이에 따른 여러가지 문제들을 극복할 수 있는 새로운 증착방법으로서, 원자층증착(atomic layer deposition, ALD)방법이 대두되고 있다. 일반적으로 원자층증착방법은 기판에 각각의 원료가스들을 분리 공급하여 원료가스들의 표면 포화에 의해 박막이 형성되도록 하는 방법이다.
원자층 박막증착방법의 원리는 다음과 같다. 제1원료가스가 반응기 내로 공급되면 기판 표면과의 반응을 통해 단원자층이 기판 표면에 화학 흡착된다. 그러나 기판 표면이 제1원료가스로 포화되면 단원자층 이상의 제1원료가스들은 동일한 리간드간의 비반응성으로 인해 화학 흡착 상태를 형성하지 못하고 물리 흡착 상태에 있게 된다. 퍼지(purge)가스가 공급되면 이 물리 흡착 상태의 제1원료가스들은 퍼지가스에 의해서 제거된다. 이 첫번째 단원자층 위에 제2원료가스가 공급되면 제1원료가스와 제2원료가스의 리간드 상호간 치환반응을 통해 두번째 층이 성장하고, 첫번째 층과 반응하지 못한 제2원료가스들은 물리 흡착 상태에 있게 되어 퍼지가스에 의해 제거된다. 그리고 이 두번째 층의 표면은 제1원료가스와 반응할 수 있는 상태에 있게 된다. 이것이 한 사이클을 이루고 여러 사이클의 반복에 의해 박막이 증착되는 것이다.
원자층 증착 반응이 반응기 내에서 안정적으로 유지되기 위해서는 제1원료가스와 제2원료가스가 기판 상의 증착 공간에서 서로 혼합하지 못하도록 분리되어서 반응기 내에 공급되어야 한다.
미국특허 제5,730,802호에서는 반응기를 격벽으로 분리하고, 격벽으로 구획된 공간에 제1원료가스, 제2원료가스 및 분리용가스를 각각 공급하는 가스 분사장치가 있고, 기판 홀더가 회전함으로써 원자층증착과정이 이루어지는 박막증착장치와 박막증착방법을 개시하고 있다.
상기 특허발명에 따른 박막증착장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 박막증착장치(1)는 반응기(10), 반응기(10) 내부에 위치하며 회전 가능하도록 설계된 기판 홀더(20), 원료가스 공급구(30, 40), 분리용가스 공급구(50) 및 원료가스의 혼합을 막기 위한 격벽(60)으로 구성되 어 있다. 기판 홀더(20)의 회전에 의하여 원료가스 공급구(30, 40)를 통해 공급되는 원료가스와 분리용가스 공급구(50)를 통해 공급되는 분리용가스가 기판(w)의 상방에 시간차를 두고 교대로 공급되게 되어 원자층 증착이 이루어지게 된다.
최근에 기판의 크기가 대형화됨에 따라 기판에 증착되는 박막의 균일도(uniformity)에 대한 중요성이 증가하고 있다. 그러나 상기 특허발명에 따른 박막증착장치(1)는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 인젝터(injector) 형태의 공급구(30, 40, 50)를 통해 가스가 기판(w) 상으로 공급되므로, 기판(w) 상에 가스가 균일하게 분사되기 어렵다. 기판(w) 상에 가스가 균일하게 분사되지 않는다면, 증착된 박막의 두께가 기판(w)의 위치에 따라 서로 다르게 되어, 즉 박막의 균일도가 좋지 않아서 생산성이 떨어지게 된다. 또한, 기판(w) 상에 가스가 균일하게 분사되지 않으면 기판(w) 표면 전부에 단원자층이 화학흡착할 때까지 걸리는 시간이 오래 걸리게 되므로 낭비되는 가스가 많아지는 문제점이 있다.
한편, 하나의 공급구로 복수의 원료가스를 공급하게 되면, 엄밀한 의미의 원자층증착이라고 할 수는 없지만 한 사이클 당 증착속도를 높일 수 있게 되어, 생산성을 향상시킬 수 있다. 원자층증착을 정확히 수행하는 것보다 생산성을 향상시키도록 박막을 증착하는 것이 더욱 중요할 수가 있는데 상기 특허발명과 같이 공급구(30, 40, 50)가 구성되면, 하나의 공급구를 통해 복수의 가스를 공급하기에 어려움이 있다. 즉, 상기 특허발명의 공급구(30, 40, 50)를 통해 복수의 가스를 공급한다면 상술한 가스 균일도 문제가 더욱 심각하게 되고, 상호간에 반응이 일어나는 원료가스들은 상기 특허발명의 공급구(30, 40, 50)로는 공급할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 반응기 내에 균일한 흐름을 갖는 원료가스를 공급할 수 있는 가스공급장치, 이 가스공급장치를 구비한 박막증착장치 및 이 박막증착장치를 이용한 박막증착방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 박막증착장치는 반응기; 상기 반응기 내부에 회전 가능하게 설치되며 상면에 기판을 안착시키는 복수의 기판안착부를 구비하는 기판지지부; 및 상기 기판지지부의 상부에 서로 다른 종류의 원료가스를 상기 기판지지부 상으로 공급하는 복수의 원료가스공급장치와 상기 복수의 원료가스공급장치 사이에 배치되어 상기 원료가스를 퍼지하는 퍼지가스를 상기 기판지지부 상으로 공급하는 복수의 퍼지가스공급장치가 방사형으로 설치되는 가스분사부;를 포함하고, 상기 원료가스공급장치는, 상기 원료가스를 공급하기 위한 공급구가 형성되어 있는 리드플레이트와, 상기 공급구와 연통되는 제1확산공간을 상기 리드플레이트와 함께 형성하도록 상기 리드플레이트에 대하여 하방으로 일정거리 이격되게 배치되며, 상기 제1확산공간과 연통되는 복수의 관통공이 형성되어 있는 확산플레이트와, 상기 관통공과 연통되는 제2확산공간을 상기 확산플레이트와 함께 형성하도록 상기 확산플레이트에 대하여 하방으로 일정거리 이격되게 배치되며, 상기 제2확산공간과 연통되는 복수의 분사공이 형성되어 있는 분사플레이트를 구비한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 다른 박막증착장치는 반응기; 상기 반응기 내부에 회전 가능하게 설치되며 상면에 기판을 안착시키는 복수의 기판안착부를 구비하는 기판지지부; 및 상기 기판지지부의 상부에 서로 다른 종류의 원료가스를 상기 기판지지부 상으로 공급하는 복수의 원료가스공급장치와 상기 복수의 원료가스공급장치 사이에 배치되어 상기 원료가스를 퍼지하는 퍼지가스를 상기 기판지지부 상으로 공급하는 복수의 퍼지가스공급장치가 방사형으로 설치되는 가스분사부;를 포함하고, 상기 복수의 원료가스공급장치 중 적어도 하나의 원료가스공급장치는, 서로 다른 종류의 원료가스를 공급하기 위한 복수의 공급구가 형성되어 있는 리드플레이트와, 상기 복수의 공급구 중 일부와 연통되는 제1확산공간을 상기 리드플레이트와 함께 형성하도록 상기 리드플레이트에 대하여 하방으로 일정거리 이격되게 배치되며, 상기 제1확산공간과 연통되는 복수의 제1관통공과 상기 복수의 공급구 중 나머지와 상호 연결되는 제2관통공이 형성되어 있는 확산플레이트와, 상기 제2관통공과 연통되는 제2확산공간을 상기 확산플레이트와 함께 형성하도록 상기 확산플레이트에 대하여 하방으로 일정거리 이격되게 배치되며, 상기 복수의 제1관통공과 연결되는 복수의 제1분사공과 상기 제2확산공간과 연통되는 복수의 제2분사공이 형성되어 있는 분사플레이트를 구비한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 가스공급장치는 서로 다른 종류의 원료가스를 공급하기 위한 복수의 공급구가 형성되어 있는 리드플레이트; 제1확산공간을 상기 리드플레이트와 함께 형성하도록 상기 리드플레이트에 대하여 하방으로 일정거리 이격되게 배치되며, 상기 복수의 공급구에 대응하여 상기 제1확산공간을 복수의 공간으로 분리시키도록 상기 제1확산공간에는 분리벽이 설치되며, 상기 분리된 공간은 각각 대응되는 공급구와 연통되고, 상기 분리된 공간과 연통되는 복수의 관통공이 형성되어 있는 확산플레이트; 및 상기 관통공과 연통되는 제2확산공간을 상기 확산플레이트와 함께 형성하도록 상기 확산플레이트에 대하여 하방으로 일정거리 이격되게 배치되며, 상기 제2확산공간과 연통되는 복수의 분사공이 형성되어 있는 분사플레이트;를 구비한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 박막증착방법은 상기의 박막증착장치를 이용한 박막증착방법으로, 상기 기판지지부 상에 복수의 기판을 안착시키는 로딩 단계; 상기 복수의 기판이 안착된 상기 기판지지부를 회전시키는 회전 단계; 및 상기 원료가스공급장치 중 일부를 통해 금속을 포함하는 복수의 가스 및 실리콘을 포함하는 가스 중 적어도 어느 하나를 공급하고, 상기 일부의 원료가스공급장치를 통해 공급되는 가스 중 적어도 어느 하나와 반응하는 반응가스를 상기 원료가스공급장치 중 다른 일부를 통해 공급하고, 상기 원료가스공급장치를 통해 공급되는 가스를 퍼지하기 위한 퍼지가스를 상기 퍼지가스공급장치를 통해 공급하여 박막을 증착하는 박막증착 단계;를 갖는다.
본 발명에 의하면, 균일한 가스 흐름을 갖도록 하는 확산플레이트를 구비함에 따라 균일한 두께를 갖는 박막을 증착할 수 있고 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 가스공급장치, 박막증착장치 및 박막증착방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 박막증착장치의 바람직한 실시예들을 나타내는 도면, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도, 그리고, 도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 박막증착장치(100)는 반응기(110), 기판지지부(120), 가스분사부(130) 및 리모트 플라즈마 발생기(170)를 구비한다.
반응기(110)는 바닥부(111), 외측부(112) 및 상측플레이트(113)를 구비한다. 바닥부(111)는 원판의 형상으로 이루어져 있고, 외측부(112)는 바닥부(111)의 가장자리로부터 상방으로 수직하게 연장 형성되어 폐곡면 형상으로 이루어져 있다. 그리고 외측부(112)에는 기판(w)이 출입하는 기판(w) 이송통로(도면 미도시)가 형성되어 있다. 상측플레이트(113)는 원판 형상으로 이루어져 있고, 외측부(112)의 상면에 분리 가능하게 결합된다. 상측플레이트(113)가 외측부(112)의 상면에 결합되면 반응기(110) 내부에 일정한 공간이 형성된다. 상측플레이트(113)의 하면과 외측부(112)의 상면 사이에는 오링(O-ring) 등과 같은 밀폐부재가 개재되어 위 공간을 밀폐시킨다. 그리고 반응기(110) 내부에 잔존하는 불필요 가스 및 파티클을 배출하기 위한 배기구(도면 미도시)가 바닥부(111) 또는 외측부(112)에 마련되어 있다.
반응기(110)의 내부에는 기판지지부(120)의 상방으로 기판지지부(120)와 가스분사부(130)의 사이에 박막증착공간(160)이 형성된다. 이 박막증착공간(160)에서 원료가스에 의해 기판(w) 상에 박막이 증착된다.
기판지지부(120)는 반응기(110) 내부에 설치되며, 서셉터(121), 기판안착부(122), 샤프트(123) 및 히터(도면 미도시)를 구비한다.
서셉터(121)는 원판의 형상으로 반응기(110) 내부에 회전 가능하게 배치되어 있다. 서셉터(121)에는 기판안착부(122)가 6개 형성되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 기판안착부(122)들은 기판지지부(120) 상면의 둘레방향을 따라 배치되며, 각 기판안착부(122)에는 기판(w)이 안착된다.
샤프트(123)는 양단부 중 일단부가 서셉터(121)의 하면과 결합되어 있고, 타단부가 반응기(110)를 관통하여 회전 구동수단과 연결되어 있다. 따라서 샤프트(123)가 회전함에 따라 서셉터(121)가 도 2에 가상선으로 도시된 회전 중심축(A)을 중심으로 회전하게 된다. 또한 샤프트(123)는 서셉터(121)가 승강이 가능하도록 하는 승강 구동수단과 연결되어 있다. 회전 및 승강 구동수단에는 모터, 기어 등이 있다. 히터(도면 미도시)는 서셉터(121) 아래에 매설되어 기판(w)의 온도를 조절한다.
가스분사부(130)는 기판지지부(120)의 상방에 설치된 반응기(110)의 상측플레이트(113)에 결합되며, 복수의 가스공급장치(150)와 이 가스공급장치(150)들이 결합되는 지지부재(131)를 구비한다. 가스공급장치(150)는 가스를 기판지지부(120) 상으로 공급한다.
가스공급장치(150)는 공급되는 가스의 종류에 따라, 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)와 퍼지가스공급장치(150d)로 구분된다. 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)는 사일렌(SiH4)과 같은 실리콘(Si)을 포함하는 가스 또는 트리메틸알루미늄(trimethylaluminium, TMA)와 같은 금속을 포함하는 가스를 기판지지부(120) 상 으로 공급한다. 또한 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)는 실리콘을 포함하는 가스 또는 금속을 포함하는 가스와 반응하는, 예컨대 산소(O2)와 같은 반응가스를 기판지지부(120) 상으로 공급한다. 즉, 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)는 실리콘을 포함하는 가스, 금속을 포함하는 가스 및 반응가스를 기판지지부(120) 상으로 공급한다. 퍼지가스공급장치(150d)는 원료가스를 퍼지하는, 예컨대 아르곤(Ar)과 같은 퍼지가스를 기판지지부(120) 상으로 공급한다.
즉 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)는 기판(w) 상에 박막이 증착되도록 하는 원료가스를 공급하는 장치이고, 퍼지가스공급장치(150d)는 박막증착공간(160)에 잔류하는 미반응된 원료가스 및 반응 부산물을 퍼지하여 기판지지부(120) 상에서 혼합되지 않도록 하는 퍼지가스를 공급하는 장치이다.
본 발명에 따른 박막증착장치(100)의 가스분사부(130)의 바람직한 일 실시예로서 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도를 도 4에 나타내었다. 도 4에 도시된 바와 같이, 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)와 퍼지가스공급장치(150d)는 가스분사부(130)의 둘레방향을 따라 방사형으로 배치된다. 이와 같이 방사형으로 배치된 가스공급장치(150)들은 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)가 4개, 퍼지가스공급장치(150d)가 6개로 구성된다. 6개의 퍼지가스공급장치(150d)는 원료가스들이 혼합되지 않도록 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c) 사이사이에 배치된다. 다만, 다른 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)가 같은 종류의 원료가스를 공급하는 경우에는 그 사이에 퍼지가스공급장치(150d)가 배치되지 않아도 된다.
퍼지가스를 공급하는 목적은 가스분사부(130)를 통해 공급된 서로 다른 종류의 원료가스가 기판(w) 상에서 혼합되는 것을 방지하기 위함이다. 그러나 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)의 사이사이에 퍼지가스공급장치(150d)를 배치하는 것만으로는 기판지지부(120)의 중앙부분을 통해 원료가스들이 혼합될 가능성이 존재한다. 따라서 원료가스들이 기판지지부(120)의 중앙부분에서 혼합되는 것을 방지하기 위한 수단이 필요하다. 이를 위해 도 2a와 도 4에 도시된 바와 같이 가스분사부(130)의 중앙부에는 원료가스들을 퍼지하는 퍼지가스를 기판지지부(120) 상으로 공급하는 중앙퍼지가스공급장치(155)가 설치된다. 중앙퍼지가스공급장치(155)에서 공급된 퍼지가스로 인해 원료가스들이 기판지지부(120)의 중앙부분에서 혼합되는 것이 방지된다.
도 5는 본 발명에 따른 박막증착장치에 사용되는 원료가스공급장치에 대한 개략적인 구성을 나타내는 도면으로서, 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도이고, 도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 박막증착장치에 사용되는 원료가스공급장치의 다른 실시예에 대한 개략적인 구성을 나타내는 도면으로서, 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선에 대응되는 단면도이다.
가스공급장치(150)는 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 기판지지부(도 2의 참조번호 120) 상에 가스를 균일하게 공급하기 위하여, 가스공급장치(도 2의 참조번호 150) 내부에서 가스가 확산되고 확산된 가스가 복수의 분사공을 통해 분사되는 샤워헤드 형태로 구성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 증착되는 박막의 균일도를 좋게 하기 위해서는 특히 원료가스를 균일하게 기판지지부(도 2의 참조번호 120) 상으로 공급해야 할 것이다. 따라서 특히 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)는 후술할 확산플레이트(220, 320, 320', 420)를 내부에 설치하여 가스가 균일하게 기판지지부(120) 상으로 공급되도록 한다.
도 5에 도시된 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)는 가스가 유입되기 위한 공급구(151)가 하나 있는 형태로서, 한 가지 종류의 가스 또는 서로 반응하지 않는 두 종류의 가스가 함께 공급되는 형태이다. 도 6에 도시된 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)는 공급구가 2개 있고, 각각의 공급구(151a, 151b)를 통해 유입되는 원료가스가 분리벽(322)에 의해 1차적으로 분리 확산된 후 2차적으로 혼합 확산되는 형태로서, 서로 반응하지 않는 두 종류 이상의 가스가 공급되는 형태이다. 도 7에 도시된 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)도 공급구가 2개 있는 형태이나 도 6의 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)와는 달리 서로 반응하는 가스를 공급하기 위한 형태이다.
우선, 도 5에 도시된 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)와 같이 한 가지 종류의 가스 또는 서로 반응하지 않는 두 종류의 가스가 하나의 공급구(151)를 통해 공급되는 형태에 대해서 살펴본다. 도 8에는 이러한 형태에 사용되는 확산플레이트(220)의 사시도를 나타내었다. 도 5 및 도 8을 도 2와 함께 참조하면, 본 발명에 따른 박막증착장치(100)에 구비된 가스분사부(130)에 설치되는 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)는 리드플레이트(210), 확산플레이트(220) 및 분사플레이트(230)를 구비한다.
리드플레이트(210)는 부채꼴의 판형상으로 형성되어, 가스분사부(130)의 지지부재(131)에 결합되며, 또한 리드플레이트(210)의 주변부에는 하방으로 연장된 제1측벽부(214)가 형성된다. 그리고 리드플레이트(210)에는 원료가스가 내부로 유입될 수 있도록 상기 공급구(151)가 상면과 하면 사이를 관통하게 형성되어 있다. 공급구(151)는 반응기(110) 외부의 원료가스 탱크 등과 연결된 공급관(152)을 통해 연결되어 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c) 내부로 원료가스가 유입될 수 있게 한다.
확산플레이트(220)는 리드플레이트(210)와 동일하게 부채꼴의 판형상으로 형성되며, 리드플레이트(210)로부터 일정거리 하방으로 이격되게 배치되며, 확산플레이트(220)의 주변부에는 상하방으로 연장된 제2측벽부(224)가 형성되어 있다. 확산플레이트(220)에는 상면과 하면 사이를 관통하는 복수의 관통공(221)이 형성되어 있다. 그리고 리드플레이트(210)의 제1측벽부(214)와 확산플레이트(220)의 제2측벽부(224)는 볼트 등으로 결합된다. 이렇게 리드플레이트(210)의 제1측벽부(214)와 확산플레이트(220)의 제2측벽부(224)가 결합되면, 그 사이에 제1확산공간(240)이 형성된다.
분사플레이트(230)는 리드플레이트(210)와 동일하게 부채꼴의 판형상으로 형성되며, 확산플레이트(220)로부터 일정거리 하방으로 이격되게 배치되며, 분사플레이트(230)의 주변부에는 상방으로 연장된 제3측벽부(234)가 형성되어 있다. 분사플레이트(230)에는 상면과 하면 사이를 관통하는 복수의 분사공(231)이 형성되어 있다. 그리고 확산플레이트(220)의 제2측벽부(224)와 분사플레이트(230)의 제3측벽부(234)는 볼트 등으로 결합된다. 이렇게 확산플레이트(220)의 제2측벽부(224)와 분사플레이트(230)의 제3측벽부(234)가 결합되면, 그 사이에 제2확산공간(250)이 형성된다.
이때 분사공(231)들이 관통공(221)들의 연직 하방의 위치에 배치되게 되면, 관통공(221)들을 통해 유입된 원료가스가 제2확산공간(250)에서 확산되기 전에, 바로 연직 하방의 위치에 배치된 분사공(231)들을 통해 기판지지부(120) 상으로 분사된다. 이렇게 되면, 균일한 흐름을 갖는 원료가스를 기판지지부(120) 상으로 공급하기 위해 확산플레이트(220)를 설치한 효과가 감소되므로, 분사공(231)들은 관통공(221)들의 연직 하방의 위치에 대응되는 분사 플레이트(230) 상의 위치와 상호 이격되게 배치되는 것이 바람직하다.
제1확산공간(240)에서는 공급구(151)를 통해 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c) 내부로 유입된 원료가스가 확산된다. 그리고 제1확산공간(240)을 통해 확산된 원료가스가 복수의 관통공(221)을 통해 제2확산공간(250)으로 분사된다. 제2확산공간(250)에서는 복수의 관통공(221)을 통해 유입된 원료가스가 확산된다. 제2확산공간(250)을 통해 확산된 원료가스가 복수의 분사공(231)을 통해 기판지지부(120) 상으로 분사된다.
이와 같이 리드플레이트(210)와 분사플레이트(230) 사이에 확산플레이트(220)가 설치되면 두 개의 확산공간(240, 250)을 통해 원료가스가 확산되므로 기판지지부(120) 상에 균일한 흐름을 갖는 원료가스를 공급할 수 있다. 이상에서 하나의 공급구(151)가 형성되어 있는 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)에 대해서 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 공급구가 형성되어 서로 반응하지 않는 복수의 원료가스가 공급되는 경우에도 적용이 가능하다.
다음으로, 도 6에 도시된 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)와 같이 서로 반응하지 않는 두 종류 이상의 가스가 2개의 공급구(151a, 151b)를 통해 공급되며, 각각의 공급구(151a, 151b)를 통해 유입되는 원료가스가 분리벽(322)에 의해 1차적으로 분리확산된 후 2차적으로 혼합확산되는 형태에 대해서 살펴본다. 도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 박막증착장치에 이용되는 확산플레이트의 사시도이다. 도 6 및 도 9a에 도시된 형태의 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)의 구성은 도 5에 도시된 형태와 모두 동일하나, 다만 공급구(151a, 151b)가 2개 배치된다는 점과 제1확산공간(340)이 2개의 분리확산공간(340a, 340b)으로 분리된다는 점에서 차이가 있다. 2개의 분리확산공간(340a, 340b)의 체적은 동일하게 구성될 수 있다.
즉 도 6 및 도 9a를 도 2와 함께 참조하면, 리드플레이트(310)에는 가스분사부(130)의 중심방향에서 바깥방향으로 배치된 2개의 공급구(151a, 151b)가 형성되어 있고, 확산플레이트(320)에는 그 중앙부에 대략 부채꼴 고리형의 분리벽(322)이 형성된다. 이 분리벽(322)은 리드플레이트(310)와 면접촉하게 배치되어 제1확산공간(340)을 제1분리확산공간(340a)과 제2분리확산공간(340b)으로 분리한다. 상기한 구성으로 이루어진 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)에서는 리드플레이트(310)의 제1공급구(151a)를 통해 공급된 원료가스는 제1분리확산공간(340a)에서 확산되고, 리드플레이트(310)의 제2공급구(151b)를 통해 공급된 원료가스는 제2분리확산공간(340b)에서 확산된다. 그리고 각각의 분리확산공간(340a, 340b)에서 확산된 각각의 원료가스는 확산플레이트(320)의 관통공(321)을 통해 제2확산공간(350)으로 분사되고 혼합되어 분사플레이트(330)의 분사공(331)을 통해 기판지지부(120) 상으 로 공급된다.
각기 다른 공급구(151a, 151b)를 통해 공급된 원료가스가 이와 같은 확산플레이트(320) 없이 기판지지부(120) 상으로 공급되면 각 공급구(151a, 151b)가 형성되어 있는 부분의 하방으로 더 많은 원료가스가 기판지지부(120) 상으로 공급되게 된다. 그러나 상기의 확산플레이트(320)가 설치된 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)를 사용하게 되면 복수의 공급구(151a, 151b)가 형성되어 있더라도 균일한 흐름을 갖는 원료가스를 기판지지부(120) 상으로 공급할 수 있게 된다.
이상에서 가스분사부(130)의 중심방향에서 바깥방향으로 배치된 2개의 공급구(151a, 151b)가 형성되어 있고, 분리벽(322)이 대략 부채꼴의 고리형으로 형성된 것에 대해서 설명했으나 이에 한정되지 않는다. 즉 2개의 공급구가 가스분사부(130)의 둘레방향을 따라 배치되고, 도 9b에 도시된 바와 같이 분리벽(322')은 2개의 공급구와 대응되게 분리확산공간이 형성되도록 직선형으로 형성될 수 있다. 이와 같은 구성으로 이루어진 확산플레이트(320')를 구비하는 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)의 경우도 상술한 바와 같은 효과를 나타낸다.
다음으로, 도 7에 도시된 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)와 같이 상호 반응하는 2가지 이상의 원료가스를 공급하기 위한 형태에 대해서 살펴본다. 상호 반응하는 원료가스인 경우에는 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c) 내부가 아닌 기판(w) 상에서 만나 반응을 해야 한다. 따라서 서로 반응하지 않는 원료가스를 사용하는 경우와 달리 별도의 공급경로가 형성되어 있는 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)가 필요하다. 도 7을 도 2와 함께 참조하면, 본 발명에 따른 원료가스 공급장치(150a, 150b, 150c)는 리드플레이트(410), 확산플레이트(420) 및 분사플레이트(430)를 구비한다.
리드플레이트(410)는 부채꼴의 판형상으로 형성되어, 가스분사부(130)의 지지부재(131)에 결합되며, 리드플레이트(210)의 주변부에는 하방으로 연장된 제1외벽부(414)가 형성된다. 그리고 리드플레이트(420)에는 상호 반응하는 2가지 종류 이상의 원료가스가 내부로 유입될 수 있도록 상면과 하면 사이를 관통하는 제1공급구(151c)와 제2공급구(151d)가 형성되어 있다. 제1공급구(151c)와 제2공급구(151d)는 반응기(110) 외부의 원료가스 탱크 등과 연결된 제1공급관(152c)과 제2공급관(152d)에 각각 연결되어 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c) 내부로 각각 가스가 유입될 수 있게 한다.
확산플레이트(420)는 리드플레이트(410)와 동일하게 부채꼴의 판형상으로 형성되고, 리드플레이트(410)로부터 일정거리 하방으로 이격되게 배치되며, 확산플레이트의 주변부에는 상하방으로 연장된 제2외벽부(424)가 형성되어 있다. 그리고 확산플레이트(420)에는 리드플레이트(410)의 제1공급구(151c)를 통해 공급된 가스가 하방으로 분사될 수 있도록 상면과 하면 사이를 관통하는 복수의 제1관통공(421)과 리드플레이트(410)의 제2공급구(151d)를 통해 공급된 가스가 하방으로 분사될 수 있도록 상면과 하면 사이를 관통하는 제2관통공(422)이 형성되어 있다. 확산플레이트(420)에는 리드플레이트(410)의 제2공급구(151d)와 확산플레이트(420)의 제2관통공(422)을 연결시키기 위하여 중공형의 제1연결관부(423)가 형성된다. 그리고 리드플레이트(410)의 제1외벽부(414)와 확산플레이트(420)의 제2외벽부(424)는 볼트 등 으로 결합된다. 이렇게 리드플레이트(410)의 제1외벽부(414)와 확산플레이트(420)의 제2외벽부(424)가 결합되면, 그 사이에 제1확산공간(440)이 형성된다.
분사플레이트(430)는 리드플레이트(410)와 동일하게 부채꼴의 판형상으로 형성되고, 확산플레이트(420)로부터 일정거리 하방으로 이격되게 배치되며, 분사플레이트(430)의 주변부에는 상방으로 연장된 제3외벽부(434)가 형성되어 있다. 그리고 분사블레이트(430)에는 확산플레이트(420)의 복수의 제1관통공(421)을 통해 공급된 원료가스가 하방으로 분사될 수 있도록 상면과 하면 사이를 관통하는 복수의 제1분사공(431)과 확산플레이트(420)의 제2관통공(422)을 통해 공급된 원료가스가 하방으로 분사될 수 있도록 상면과 하면 사이를 관통하는 복수의 제2분사공(432)이 형성되어 있다. 분사플레이트(430)에는 확산플레이트(420)의 복수의 제1관통공(421)과 분사플레이트(430)의 복수의 제1분사공(431)을 연결시키기 위하여 중공형의 복수의 제2연결관부(433)가 형성된다. 그리고 확산플레이트(420)의 제2외벽부(424)와 분사플레이트(430)의 제3외벽부(434)는 볼트 등으로 결합된다. 이렇게 확산플레이트(420)의 제2외벽부(424)와 분사플레이트(430)가 결합되면, 그 사이에 제2확산공간(450)이 형성된다.
제1확산공간(440)에서는 리드플레이트(410)의 제1공급구(151c)를 통해 공급된 원료가스가 확산되며, 확산된 원료가스는 확산플레이트(420)의 제1관통공(421)들과 분사플레이트(430)의 제1분사공(431)들을 통해 기판지지부(120) 상으로 분사된다. 제2확산공간(450)에서는 리드플레이트(410)의 제2공급구(151d)와 확산플레이트(420)의 제2관통공(422)을 통해 공급된 원료가스가 확산되며, 확산된 가스는 제2 분사공(432)들을 통해 기판지지부(120) 상으로 분사된다.
이상에서 이를 바탕으로 공급구(151)가 1개 혹은 2개 있는 경우에 대해서만 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 공급구(151)가 3개 이상 배치되어 있는 경우에도 적용이 가능하다. 공급구(151)가 3개 이상 배치되는 경우는 공급구(151)가 2개 있는 경우와 그 구성이 유사하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있는 사항이므로 상세한 설명은 생략한다.
다시 도 2를 참조하면, 리모트 플라즈마 발생기(170)는 반응기(110)의 외부에 설치되어 원료가스를 플라즈마화하여 반응기(110) 내부에 공급하도록 가스분사부(130)와 연결되어 있으며, 공정시 고주파 전력(RF power)을 인가함으로써 가스를 플라즈마화시킨 후에 반응기(110) 내부에 공급한다.
도 2에 도시된 바와 같은 리모트 플라즈마 발생기(170)에 의해 가스를 플라즈마화하여 반응기(110) 내부에 공급하는 것 외에 가스분사부(130)의 내부에서 플라즈마를 발생시켜 기판지지부(120) 상에 공급할 수도 있다. 또한 가스분사부(130)나 기판지지부(120)에 파워를 인가하여 가스분사부(130)와 기판지지부(120) 사이의 공간(본 실시예에서는 박막증착공간(160))에 플라즈마를 발생시킬 수도 있다.
이상에서는 원료가스들이 기판지지부(120)의 중앙부분에서 혼합되는 것을 방지하기 위한 수단으로 중앙퍼지가스공급장치(155)가 설치되는 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 10은 본 발명에 따른 박막증착장치의 바람직한 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 다른 수단으로 가스분사부(130)는 그 중앙에 가 스공급장치(150)의 바닥면에 대해 하방으로 돌출되는 돌출부(132)를 구비할 수 있다. 그리고 가스분사부(130)의 돌출부(132)가 기판지지부(120)에 수용되도록 기판지지부(120)는 돌출부(132)와 대응되는 위치에 삽입홈부(124)를 구비할 수 있다. 돌출부(132)가 삽입홈부(124)에 삽입되더라도 기판지지부(120)가 회전할 때 가스분사부(130)에 영향을 미치지 않도록 가스분사부(130)의 돌출부(132)의 외측면과 기판지지부(120)의 삽입홈부(124)의 사이에 약간의 공간이 존재하여야 한다. 이와 같이 가스분사부(130)의 돌출부(132)에 의해 원료가스들이 기판지지부(120)의 중앙부분에서 혼합되는 것이 물리적으로 차단되게 된다. 그리고 이 경우에 복수의 가스공급장치(150)는 돌출부(132)를 중심으로 방사형으로 배치되고, 복수의 기판안착부(122)는 삽입홈부(124)를 중심으로 방사형으로 배치된다.
또한, 위의 경우와 반대로 가스분사부(130)에는 삽입홈부가 형성되고, 기판지지부(120)에는 돌출부가 형성되어도 동일한 효과를 기대할 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 박막증착방법의 바람직한 일 실시예를 나타내는 흐름도이다. 참고적으로, 이하 본 발명에 따른 박막증착방법들은 도 5 및 도 6에 도시된 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)가 구비된 도 2에 도시된 박막증착장치를 이용해서 구현하는 것으로 설명한다. 다만, 가스를 균일하게 기판지지부(120) 상으로 공급할 수 있는 확산플레이트(220)를 구비한 형태의 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)가 구비된 것이면 다른 박막증착장치를 이용해도 된다는 것을 첨언한다.
도 2, 도 4 내지 도 6 및 도 11을 참조하면, 복수의 기판(w)을 반응기(110) 내부에 설치된 기판지지부(120)의 기판안착부(122)에 안착시킨다(S510). 다음으로 가스분사부(130) 아래로 기판지지부(120)를 회전시킨다(S520).
다음으로, 가스분사부(130)를 통해 복수의 원료가스 및 퍼지가스를 함께 공급하여 박막을 증착한다(S530). 여기서 원료가스는 금속을 포함하는 가스 또는 실리콘을 포함하는 가스인 소스가스와 소스가스와 반응하는 반응가스를 의미한다. S520 단계에서 공급하는 소스가스는 금속을 포함하는 가스 및 실리콘을 포함하는 가스 중 적어도 둘 이상이고, 반응가스는 이와 반응하는 산소(O)를 함유하는 가스, 질소(N)를 함유하는 가스, 탄소(C)를 함유하는 가스 및 불소(F)를 함유하는 가스 중에서 선택된 1종 이상의 가스를 이용한다. 이를 통해 3원계 이상의 금속 산화막, 금속질화막, 금속 탄화막, 금속 불화막 및 금속 산화질화막 중 어느 하나를 증착할 수 있다.
본 발명에 따른 박막증착방법에 대한 바람직한 실시예로서, 도 4에 도시된 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c) 중에서 소스가스는 도 4에 참조번호 150a 또는 150b로 표시된 원료가스공급장치를 통해 공급한다. 그리고, 반응가스는 도 4에 참조번호 150c로 표시된 원료가스공급장치를 통해 공급하고, 퍼지가스는 퍼지가스공급장치(150d)를 통해 공급한다. 소스가스가 공급되는 참조번호 150a 및 150b로 표시된 원료가스공급장치는 도 6에 도시된 것과 같은 구성을 가지고, 반응가스가 공급되는 참조번호 150c로 표시된 원료가스공급장치는 도 5에 도시된 것과 같은 구성을 가진다. 도 6의 구성을 지닌 원료가스공급장치(150a, 150b)는 제1공급구(151a)를 통해 지르코늄(Zr)을 포함하는 가스를 공급하고, 제2공급구(151b)를 통 해 실리콘을 포함하는 가스를 공급한다. 그리고 도 5의 구성을 지닌 원료가스공급장치(150c)는 반응가스로 오존(O3) 또는 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼(radical)을 공급하여 ZrSiOx 박막을 증착할 수 있다. 이때 퍼지가스공급장치(150d)는 아르곤을 공급한다.
이와 같은 구성을 가진 가스분사부(130) 아래를 기판(w)이 회전하게 되면, 기판(w)이 1회전 할 때, 기판(w) 상에 지르코늄을 포함하는 가스 및 실리콘을 포함하는 가스 - 퍼지가스 - 산소 반응가스 - 퍼지가스 - 지르코늄을 포함하는 가스 및 실리콘을 포함하는 가스 - 퍼지가스 - 산소 반응가스 - 퍼지가스가 순차적으로 공급된다. 따라서 1회전을 통해 2층의 ZrSiOx 박막이 증착되므로 생산성이 향상된다. 또한 확산플레이트(220, 320)가 이용되므로, 소스가스와 반응가스가 균일하게 기판(w) 상에 공급되어, 증착된 ZrSiOx 박막의 균일도가 우수하게 된다.
여기서, 지르코늄을 포함하는 가스는 ZrCl2, ZTTB(zirconium tetra-tert-butoxide), TDEAZ(tetrakis diethylamino zirconium) 및 TEMAZ(tetrakis ethylmethylamino zirconium) 중에서 선택된 1종 이상의 가스이다. 그리고 실리콘을 포함하는 가스는 사일렌(SiH4), TEOS(tetra ethyl ortho silicate), DCS(dichlorosilane), DMDMOS(dimethyldimethoxysilane), disilane(Si2H6), TCS(tetrachloride silicon), BTBAS(tertiary-bytylaminosilane), dicholrosilane(SiCl2H2), TMCTS(1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane), OMCTS(octamethyl cyclotetrasiloxanes), HMDS(hexamethyldisilazane), TDMAS(tetrakis (dimethylamino) silicon), TDEAS(tetrakis (diethylamino) silicon), TEMAS(tetrakis (ethylmethylamino) silicon, 4MS(tetramethylsilane), TMDSO(tetramethyldisiloxane), DES(diethylsilane), HCDS(hexachlorodisilane), TPOSL(tris(tert-pentoxy)silanol), DEMS(diethoxydimethylsilane) 및 PDMS(polydimethylsiloxane) 중에서 선택된 1종 이상의 가스이다.
이때 반응성을 높이기 위해 공급되는 지르코늄을 포함하는 가스, 실리콘을 포함하는 가스 및 산소를 포함하는 가스 중 어느 하나를 플라즈마화시켜 공급할 수 있다. 그리고 증착되는 박막의 조성비를 조절하기 위해 지르코늄을 포함하는 가스, 실리콘을 포함하는 가스 및 산소를 포함하는 가스 중 어느 하나를 소정의 시간 동안 공급을 중단할 수 있다. 또한, 증착된 ZrSiOx 박막의 막질을 향상시키고 파티클의 감소를 위해서 증착된 ZrSiOx 박막을 산소를 함유하는 가스 및 질소를 함유하는 가스 중 적어도 어느 하나로 플라즈마 처리할 수 있다.
ZrSiOx 박막 외에 원료가스공급장치(150a, 150b)에 금속을 포함하는 가스와 실리콘을 포함하는 가스를 적절히 조합하여 공급하게 되면, HfOx, HfAlOx, AlSiOx, ZrAlOx, SrTiOx, LaSiOx, LaAlOx, PrSiOx, PrAlOx, GdSiOx, GdAlOx, 및 SrRuOx와 같은 3원계의 금속 산화막을 증착할 수 있다.
그리고 다른 실시예로서 도 4의 참조번호 150a, 150b로 표시된 원료가스공급 장치의 제1공급구(151a)를 통해 탄탈룸(Ta)을 포함하는 가스를 공급하고, 제2공급구(151b)를 통해 알루미늄(Al)을 포함하는 가스를 공급한다. 그리고 도 4에 참조번호 150c로 표시된 원료가스공급장치를 통해 반응가스로 암모니아(NH3) 또는 플라즈마에 의해 생성된 질소 라디칼을 공급하여 TaAlN 박막을 증착할 수 있다.
이와 같은 방식으로 TaAlN 박막을 증착하게 되면, 상술한 바와 같이 1회전 당 2층의 TaAlN 박막을 증착할 수 있어서 생산성이 향상된다. 또한, 확산플레이트(220, 320)를 이용하므로 TaAlN 박막의 균일도가 우수하게 된다. 그리고 원료가스공급장치(150a, 150b)에 금속을 포함하는 가스와 실리콘을 포함하는 가스를 적절히 조합하여 공급하게 되면, TaAlN 박막 외에 TiSiN, TaSiN, TiAlN, HfSiN 및 HfTiN 과 같은 3원계의 금속 질화막을 증착할 수 있다.
여기서, 탄탈룸을 포함하는 가스는 Ta(OC2H5)5, Ta(OCH3)5, Ta(OCH3)5, Ta(OC3H7)5, Ta[OCH(CH3)2]5, Ta(OC4H9)5, Ta[OCH2CH(CH3)2]5, Ta[OCH(CH3)C2H5]5, Ta[OC(CH3)3]5, Ta[N(CH3)2]5, Ta(DPM)4Cl, Ta(thd)5, Ta(OR)5, 및 TaCl5 중에서 선택된 1종 이상의 가스이다. 그리고 알루미늄(Al)을 포함하는 가스는 TMA, DMAH:EPP(DiMethyl Aluminum Hydride: Ethyl Piperidine) Al(CH3)3, AlCl3, Al(C2H5)3, Al(CH3)2Cl, Al(CH4)2Cl, Al(O-iC3H7)3, Al(O-tC4H9)3, Al(BH4)3, (CH3)2Al(O-iC3H7), (CH3)2Al(O-tC4H4) 및 (C2H5)2Al(O-iC3H7) 중에서 선택된 1종 이상의 가스이다.
본 발명에 따른 박막증착방법에 대한 바람직한 또 다른 실시예로서, 도 4에 도시된 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c) 중에서 소스가스는 도 4에 참조번호 150a 및 150b로 표시된 원료가스공급장치를 통해 공급하고, 150a로 표시된 원료가스공급장치는 도 6에 도시된 것과 같은 구성을 가지고 150b로 표시된 원료가스공급장치는 도 5에 도시된 것과 같은 구성을 가진다. 그리고 반응가스는 도 4에 참조번호 150c로 표시된 원료가스공급장치를 통해 공급하고 이 원료가스공급장치는 도 5에 도시된 것과 같은 구성을 가진다. 도 6의 구성을 지닌 원료가스공급장치(150a)의 제1공급구(151a)를 통해 하프늄(Hf)을 포함하는 가스를 공급하고, 제2공급구(151b)를 통해 실리콘을 포함하는 가스를 공급한다. 그리고 참조번호 150b로 표시된 원료가스공급장치를 통해 알루미늄을 포함하는 가스를 공급하고, 150c로 표시된 원료가스공급장치를 통해 반응가스인 오존(O3) 또는 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 공급하여 HfAlSiOx 박막을 증착할 수 있다. 이와 같은 방식으로 균일도가 우수한 4원계 HfAlSiOx 박막을 증착할 수 있게 된다.
여기서, 하프늄(Hf)을 포함하는 가스는 TDEAH(tetrakis diethylamino hafnium, Hf(N(C2H5)2)4), TDMAH(tetrakis ethylmethylamino hafnium, Hf(N(CH3)2)4) 및 TEMAH(tetrakis ethylmethylamino hafnium, Hf(N(CH3)(C2H5))4) 중에서 선택된 1종 이상의 가스이고, 실리콘 및 알루미늄을 포함하는 가스는 상술한 바와 같다.
그리고 원료가스공급장치(150a, 150b)에 금속을 포함하는 가스와 실리콘을 포함하는 가스를 적절히 조합하여 공급하게 되면 HfAlSiOx 외에 ZrAlSiOx, BaSrTiOx, HfTiSiOx, HfTiAlOx, ZrTiSiOx, ZrTiAlOx, 및 PbZrTiOx 과 같은 4원계의 금속 산화막을 증착할 수 있게 된다. 그리고, 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c)의 구성과 원료가스의 종류를 적절히 선택하게 되면 5원계 이상의 박막도 증착할 수 있다.
그리고, 또 다른 실시예로서, 도 4에 도시된 원료가스공급장치(150a, 150b, 150c) 모두가 도 5의 구성을 가질 수 있다. 이때 참조번호 150a로 표시된 원료가스공급장치를 통해 지르코늄을 포함하는 가스를 공급하고, 참조번호 150b로 표시된 원료가스공급장치를 통해 실리콘을 포함하는 가스를 공급하고, 참조번호 150c로 표시된 원료가스공급장치를 통해 산소 반응가스를 공급할 수 있다. 이와 같은 구성을 지닌 가스분사부(130) 아래로 기판(w)이 회전하게 되면 1회전에 ZrOx·SiOx 박막이 증착된다. 이것을 계속 반복하면 ZrOx·SiOx 나노라미네이트(nano-laminate) 박막을 증착할 수 있다. 그리고 주기적으로 지르코늄을 포함하는 가스와 실리콘을 포함하는 가스를 번갈아 공급을 중단하게 되면 ZrOx·SiOx 복합층(multi layer) 박막을 증착할 수 있다.
이상에서 공급구(151)가 1개 혹은 2개 있는 경우에 대해서만 설명하였지만, 이에 한정되지 않으며 공급구(151)가 3개 이상 배치되어 있는 경우를 통해서도 상술한 박막을 증착할 수 있다.
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.
본 발명에 따른 박막증착장치는 가스공급장치 내에 확산플레이트를 구비함에 따라, 기판 상으로 균일한 흐름을 갖는 원료가스를 공급할 수 있게 되어 균일한 두께의 박막을 증착할 수 있다. 또한, 확산플레이트에 설치된 분리벽에 의해 복수의 가스가 하나의 가스공급장치를 통해 공급되더라도 모두 균일한 흐름을 갖도록 할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 박막증착장치를 이용하여 박막을 증착하게 되면, 복수의 가스를 하나의 가스공급장치를 통해 공급할 수 있게 됨에 따라 한 사이클 당 증착속도가 증가하여 생산성이 크게 향상된다.

Claims (17)

  1. 반응기;
    상기 반응기 내부에 회전 가능하게 설치되며 상면에 기판을 안착시키는 복수의 기판안착부를 구비하는 기판지지부; 및
    상기 기판지지부의 상부에 서로 다른 종류의 원료가스를 상기 기판지지부 상으로 공급하는 복수의 원료가스공급장치와 상기 복수의 원료가스공급장치 사이에 배치되어 상기 원료가스를 퍼지하는 퍼지가스를 상기 기판지지부 상으로 공급하는 복수의 퍼지가스공급장치가 방사형으로 설치되는 가스분사부;를 포함하고,
    상기 원료가스공급장치는,
    상기 원료가스를 공급하기 위한 공급구가 형성되어 있는 리드플레이트와,
    상기 공급구와 연통되는 제1확산공간을 상기 리드플레이트와 함께 형성하도록 상기 리드플레이트에 대하여 하방으로 일정거리 이격되게 배치되며, 상기 제1확산공간과 연통되는 복수의 관통공이 형성되어 있는 확산플레이트와,
    상기 관통공과 연통되는 제2확산공간을 상기 확산플레이트와 함께 형성하도록 상기 확산플레이트에 대하여 하방으로 일정거리 이격되게 배치되며, 상기 제2확산공간과 연통되는 복수의 분사공이 형성되어 있는 분사플레이트를 구비하며,
    원료가스공급장치 중 적어도 하나의 원료가스공급장치에는 서로 다른 종류의 원료가스를 공급하기 위하여 공급구가 복수 개 배치되며, 상기 복수의 공급구에 대응하여 상기 제1확산공간을 복수의 공간으로 분리시키도록 상기 제1확산공간에는 분리벽이 설치되어,
    각각의 공급구를 통해 유입되는 원료가스가 상기 분리벽에 의해 상기 제1확산 공간에서 1차적으로 각각 분리확산된 후 상기 제2확산 공간에서 2차적으로 혼합 확산됨을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분사공들은 상기 분사플레이트 상의 상기 관통공들의 연직 하방의 위치와 상호 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가스분사부는,
    상기 원료가스들을 퍼지하기 위한 퍼지가스를 상기 기판지지부 상으로 공급하도록, 상기 방사형으로 배치된 원료가스공급장치들의 중앙부에 배치되는 중앙퍼지가스공급장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가스분사부와 상기 기판지지부의 각 중앙부 중 어느 하나에는 볼록하게 돌출부가 형성되며, 다른 하나에는 상기 돌출부를 수용하기 위하여 오목하게 삽입홈부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  8. 서로 다른 종류의 원료가스를 공급하기 위한 복수의 공급구가 형성되어 있는 리드플레이트;
    제1확산공간을 상기 리드플레이트와 함께 형성하도록 상기 리드플레이트에 대하여 하방으로 일정거리 이격되게 배치되며, 상기 복수의 공급구에 대응하여 상기 제1확산공간을 복수의 공간으로 분리시키도록 상기 제1확산공간에는 분리벽이 설치되며, 상기 분리된 공간은 각각 대응되는 공급구와 연통되고, 상기 분리된 공간과 연통되는 복수의 관통공이 형성되어 있는 확산플레이트; 및
    상기 관통공과 연통되는 제2확산공간을 상기 확산플레이트와 함께 형성하도록 상기 확산플레이트에 대하여 하방으로 일정거리 이격되게 배치되며, 상기 제2확산공간과 연통되는 복수의 분사공이 형성되어 있는 분사플레이트;를 포함하며,
    상기 복수의 공급구는 서로 다른 종류의 원료가스를 공급하며, 각각의 공급구를 통해 유입되는 원료가스가 상기 분리벽에 의해 상기 제1확산 공간에서 1차적으로 각각 분리확산된 후 상기 제2확산 공간에서 2차적으로 혼합 확산됨을 특징으로 하는 가스 공급 장치
  9. 반응기; 상기 반응기 내부에 회전 가능하게 설치되며 상면에 기판을 안착시키는 복수의 기판안착부를 구비하는 기판지지부; 및 상기 기판지지부의 상부에 서로 다른 종류의 원료가스를 상기 기판지지부 상으로 공급하는 복수의 원료가스공급장치와 상기 복수의 원료가스공급장치 사이에 배치되어 상기 원료가스를 퍼지하는 퍼지가스를 상기 기판지지부 상으로 공급하는 복수의 퍼지가스공급장치가 방사형으로 설치되는 가스분사부;를 포함하고, 상기 원료가스공급장치는, 상기 원료가스를 공급하기 위한 공급구가 형성되어 있는 리드플레이트와, 상기 공급구와 연통되는 제1확산공간을 상기 리드플레이트와 함께 형성하도록 상기 리드플레이트에 대하여 하방으로 일정거리 이격되게 배치되며, 상기 제1확산공간과 연통되는 복수의 관통공이 형성되어 있는 확산플레이트와, 상기 관통공과 연통되는 제2확산공간을 상기 확산플레이트와 함께 형성하도록 상기 확산플레이트에 대하여 하방으로 일정거리 이격되게 배치되며, 상기 제2확산공간과 연통되는 복수의 분사공이 형성되어 있는 분사플레이트를 구비한 박막증착장치를 이용한 박막증착방법으로서,
    상기 기판지지부 상에 복수의 기판을 안착시키는 로딩 단계;
    상기 복수의 기판이 안착된 상기 기판지지부를 회전시키는 회전 단계; 및
    상기 원료가스공급장치 중 일부를 통해 금속을 포함하는 복수의 원료가스 및 실리콘을 포함하는 원료가스 중 적어도 어느 하나를 공급하고, 상기 일부의 원료가스공급장치를 통해 공급되는 원료가스 중 적어도 어느 하나와 반응하는 반응가스를 상기 원료가스공급장치 중 다른 일부를 통해 공급하고, 상기 원료가스공급장치를 통해 공급되는 원료가스를 퍼지하기 위한 퍼지가스를 상기 퍼지가스공급장치를 통해 공급하여 박막을 증착하는 박막증착 단계;를 포함하며,
    상기 복수의 공급구는 서로 다른 종류의 원료가스를 공급하며, 각각의 공급구를 통해 유입되는 원료가스가 분리벽에 의해 상기 제1확산 공간에서 1차적으로 각각 분리확산된 후 상기 제2확산 공간에서 2차적으로 혼합 확산됨을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 공급구가 복수 개 배치되어 있는 원료가스공급장치를 통해 금속을 포함하는 복수의 가스 및 실리콘을 포함하는 가스 중 둘 이상을 공급하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 박막증착단계에서 공급되는 가스 중 적어도 어느 하나를 플라즈마화시켜 공급하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 박막증착 단계에서 상기 원료가스공급장치를 통해 공급되는 가스 중 적어도 어느 하나는 소정의 시간 동안 공급을 중단하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  13. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 박막증착 단계 이후에 증착된 박막들을 산소를 함유하는 가스 및 질소를 함유하는 가스 중 적어도 어느 하나로 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  14. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 박막증착 단계에서 상기 반응가스로 산소(O)를 함유하는 가스, 질소(N)를 함유하는 가스, 탄소(C)를 함유하는 가스 및 불소(F)를 함유하는 가스 중에서 선택된 1종 이상의 가스를 이용하여 3원계 이상의 금속 산화막, 금속 질화막, 금속 탄화막, 금속 불화막 및 금속 산화질화막 중 어느 하나를 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 산소를 함유하는 가스는 오존(O3) 또는 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼(radical)이고, 상기 질소를 함유하는 가스는 암모니아(NH3) 또는 플라즈마에 의해 생성된 질소 라디칼인 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 3원계 이상의 금속 산화막은 HfSiOx, HfAlOx, HfAlSiOx, AlSiOx, ZrSiOx, ZrAlOx, ZrAlSiOx, BaSrTiOx, SrTiOx, HfTiSiOx, HfTiAlOx, ZrTiSiOx, ZrTiAlOx, LaSiOx, LaAlOx, PrSiOx, PrAlOx, GdSiOx, GdAlOx, PbZrTiOx 및 SrRuOx 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 3원계 이상의 금속 질화막은 TiSiN, TaSiN, TiAlN, TaAlN, HfSiN 및 HfTiN 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
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