KR101548347B1 - Atomic layer depositon mathod used in manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 원자층 증착 장치에 관한 것으로, 공정챔버 내부의 지지부재에 놓여진 기판들에 원자층을 증착하는 방법은 기판들이 놓여진 지지부재를 회전시키는 단계; 공정챔버 내부로 제1반응가스, 퍼지가스, 제2반응가스 그리고 퍼지가스를 공급하는 단계; 공정챔버 내부로 공급되는 제1반응가스, 퍼지가스, 제2반응가스 그리고 퍼지가스가 독립된 배플들을 통해 상기 지지부재에 놓여진 기판들 각각의 상면으로 분사하는 단계; 및 회전하는 지지부재에 놓여진 기판들이 가스들에 노출되면서 기판상에 박막을 형성시키는 단계; 미반응가스를 외부로 펌핑하는 단계를 포함하되; 가스 공급 단계는 제1반응가스 및 제2반응가스가 짧은 시간안에 기판의 처리면 전체에 분출 및 확산되도록 제1반응가스 및 제2반응가스가 고압으로 충전되는 고압충전탱크들을 구비하여, 해당되는 배플들로 고압충전탱크들에 충전되어 있는 제1반응가스 및 제2반응가스를 순차적으로 공급한다. A method of depositing an atomic layer on substrates placed on a support member within a process chamber, the method comprising: rotating a support member on which substrates are placed; Supplying a first reaction gas, a purge gas, a second reaction gas, and a purge gas into the process chamber; Spraying the first reaction gas, the purge gas, the second reaction gas, and the purge gas supplied into the process chamber onto the upper surface of each of the substrates placed on the support member through independent baffles; And forming a thin film on the substrate while the substrates placed on the rotating support member are exposed to gases; Pumping the unreacted gas to the outside; The gas supply step includes high-pressure charge tanks in which the first reaction gas and the second reaction gas are charged at a high pressure so that the first reaction gas and the second reaction gas are sprayed and diffused over the entire processed surface of the substrate in a short time, The baffles sequentially supply the first reaction gas and the second reaction gas, which are filled in the high-pressure filling tanks.

Description

반도체 제조에 사용되는 원자층 증착 방법 {ATOMIC LAYER DEPOSITON MATHOD USED IN MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an atomic layer deposition method,

본 발명은 반도체 소자 제조에 사용되는 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 특히 원자층 증착 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus used for manufacturing semiconductor devices, and more particularly, to a method of atomic layer deposition.

반도체 소자를 제조하는 증착 과정에 증착 막질의 형성도(conformability)를 개선하기 위해서 원자층 증착 방식이 도입되고 있다. 원자층 증착 방식은 원자층 정도 두께로 증착하는 단위 반응 사이클(cycle)을 반복하여 원하는 두께로 증착층을 형성하는 과정으로, 원자층 증착 방식은 화학기상증착(CVD)이나 스퍼터(sputter) 방식에 비해 증착 속도가 매우 느리고 원하는 두께로 막을 성장시키기 위해 많은 시간이 소요되어 생산성이 떨어지게 된다. An atomic layer deposition method has been introduced to improve the conformability of deposited films during the deposition process for manufacturing semiconductor devices. The atomic layer deposition method is a process of forming a deposition layer at a desired thickness by repeating a unit reaction cycle of depositing the atomic layer to a thickness of about a thickness. The atomic layer deposition method is a chemical vapor deposition (CVD) method or a sputtering method The deposition rate is very slow and it takes much time to grow the film to a desired thickness, resulting in a decrease in productivity.

특히, 원자층 증착 설비에서 박막 생성을 위해 프리커서(Precussor)의 충분한 공급이 있어야 양질의 막을 형성할 수 있으며, 충분한 공급을 위해서는 일정 시간 이상을 공급하여야 박막의 형성이 균일하게 형성할 수 있다.In particular, in an atomic layer deposition facility, a sufficient supply of precursors is required to form a thin film to form a high-quality film. In order to supply a sufficient amount of time, a thin film can be uniformly formed.

본 발명의 목적은 다수의 기판들 상에 박막을 동시에 증착할 수 있는 배치 방식의 반도체 제조에 사용되는 원자층 증착 방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a method of atomic layer deposition used in the fabrication of batch type semiconductors capable of simultaneously depositing thin films on a plurality of substrates.

또한, 본 발명의 목적은 생산성을 향상시킬 수 있는 반도체 제조에 사용되는 원자층 증착 방법을 제공하는데 있다.It is also an object of the present invention to provide a method of atomic layer deposition used in the manufacture of semiconductors capable of improving productivity.

또한, 본 발명의 목적은 짧은 시간에 반응가스를 충분히 공급할 수 있는 반도체 제조에 사용되는 원자층 증착 방법을 제공하는데 있다.It is also an object of the present invention to provide a method of atomic layer deposition used in the manufacture of semiconductors capable of sufficiently supplying a reaction gas in a short time.

본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited thereto, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 원자층 증착 장치는 복수의 기판이 수용되어 증착공정이 수행되는 공정 챔버; 상기 공정 챔버에 설치되고 복수의 기판이 놓여지는 지지부재; 반응가스를 공급하는 복수개의 가스공급부재; 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급부재; 및 상기 복수개의 가스 공급부 및 상기 퍼지가스 공급부재로부터 제공받은 가스들을 상기 지지부재에 놓여진 복수의 기판들 각각에 대응하는 위치에서 기판의 처리면 전체에 가스를 분사하는 분사부재를 포함하되; 상기 복수개의 가스 공급부재 각각은 짧은 시간안에 기판의 처리면 전체에 반응가스가 분출 및 확산되도록 반응가스가 고압으로 충전되는 고압충전탱크들을 구비하여, 상기 분사부재로 상기 고압충전탱크들에 충전되어 있는 반응가스를 순차적으로 공급한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an atomic layer deposition apparatus including: a process chamber in which a plurality of substrates are accommodated and a deposition process is performed; A support member installed in the process chamber and on which a plurality of substrates are placed; A plurality of gas supply members for supplying a reaction gas; A purge gas supply member for supplying purge gas; And a jet member for jetting the gas supplied from the plurality of gas supply units and the purge gas supply member onto the entire processed surface of the substrate at a position corresponding to each of the plurality of substrates placed on the support member; Each of the plurality of gas supply members has high-pressure filling tanks for filling the reaction gas at a high pressure so that the reaction gas is sprayed and diffused over the entire processing surface of the substrate in a short time, and the high-pressure filling tanks are filled with the injection member The reaction gas is supplied sequentially.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 고압충전탱크들은 병렬로 연결된다.According to an embodiment of the present invention, the high pressure filling tanks are connected in parallel.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 고압충전탱크들은 반응가스의 방출 후 반응가스가 재충전되며, 다음 순번에 방출하기 전까지 대기한다.According to the embodiment of the present invention, the high-pressure filling tanks are waiting for the reaction gas to be refilled after the discharge of the reaction gas and before being discharged in the next sequential order.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 고압충전탱크에는 적어도 기판에 1회 공급되는 반응가스의 양보다 같거나 많은 양의 반응가스가 충전될 수 있는 부피를 갖는다.According to the embodiment of the present invention, the high-pressure filling tank has a volume capable of filling at least an amount of the reaction gas equal to or greater than the amount of the reaction gas supplied once to the substrate.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 분사부재는 상기 가스 공급부재로부터 제공받은 반응가스 및 퍼지가스를 기판으로 독립 분사할 수 있도록 구획되는 적어도 4개의 공간들을 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the injection member includes at least four spaces partitioned to independently inject reaction gas and purge gas supplied from the gas supply member into the substrate.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 지지부재를 회전시키기 위한 구동부를 더 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a driving unit for rotating the support member is further included.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 복수개의 가스 공급부재는 반응가스 공급원과 연결되는 가스충전라인; 상기 가스충전라인과 상기 고압충전탱크들의 가스충전포트를 병렬로 연결하고 충전 밸브가 설치된 충전분배라인; 상기 분사부재로 가스를 공급하기 위한 가스공급라인; 상기 가스공급라인과 상기 고압충전탱크들의 가스방출포트를 병렬로 연결하고 방출 밸브가 설치된 방출분배라인; 및 상기 지지부재의 회전 속도에 따라 상기 고압충전탱크들로부터 반응가스를 방출하거나 또는 반응가스를 상기 고압충전탱크들에 충전시키기 위해 상기 충전밸브 및 상기 방출밸브를 제어하는 제어기를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the plurality of gas supply members may include a gas filling line connected to a reaction gas supply source; A charge dispensing line connecting the gas fill line and the gas fill port of the high pressure fill tanks in parallel and having a fill valve; A gas supply line for supplying gas to the injection member; A discharge distribution line connecting the gas supply line and the gas discharge port of the high-pressure charge tanks in parallel and provided with a discharge valve; And a controller for controlling the fill valve and the discharge valve to discharge the reaction gas from the high-pressure filling tanks or to charge the reaction gas into the high-pressure filling tanks according to the rotation speed of the support member.

상기한 과제를 달성하기 위한 원자층 증착 방법은 기판들이 놓여진 지지부재를 회전시키는 단계; 상기 공정챔버 내부로 제1반응가스, 퍼지가스, 제2반응가스 그리고 퍼지가스를 공급하는 단계; 상기 공정챔버 내부로 공급되는 제1반응가스, 퍼지가스, 제2반응가스 그리고 퍼지가스가 독립된 배플들을 통해 상기 지지부재에 놓여진 기판들 각각의 상면으로 분사하는 단계; 및 회전하는 상기 지지부재에 놓여진 기판들이 가스들에 노출되면서 기판상에 박막을 형성시키는 단계; 미반응가스를 외부로 펌핑하는 단계를 포함하되; 상기 가스 공급 단계는 상기 제1반응가스 및 상기 제2반응가스가 짧은 시간안에 기판의 처리면 전체에 분출 및 확산되도록 상기 제1반응가스 및 상기 제2반응가스가 고압으로 충전되는 고압충전탱크들을 구비하여, 해당되는 상기 배플들로 상기 고압충전탱크들에 충전되어 있는 제1반응가스 및 제2반응가스를 순차적으로 공급한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an atomic layer deposition method comprising: rotating a support member on which substrates are placed; Supplying a first reaction gas, a purge gas, a second reaction gas, and a purge gas into the process chamber; Injecting a first reaction gas, a purge gas, a second reaction gas, and a purge gas, which are supplied into the process chamber, into the upper surface of each of the substrates placed on the support member through independent baffles; And forming a thin film on the substrate while exposing the substrates placed on the rotating supporting member to gases; Pumping the unreacted gas to the outside; The gas supply step may include supplying the first reaction gas and the second reaction gas to the high-pressure filling tanks, which are filled with the high-pressure, so that the first reaction gas and the second reaction gas are sprayed and diffused over the entire processed surface of the substrate And sequentially supplying the first reaction gas and the second reaction gas filled in the high pressure filling tanks to the baffles.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 가스 분사 단계는 제1반응가스, 퍼지가스, 제2반응가스 그리고 퍼지가스가 기판의 처리면을 향하여 수직하게 분사된다.According to the embodiment of the present invention, the gas injection step is such that the first reaction gas, the purge gas, the second reaction gas, and the purge gas are injected perpendicularly toward the processing surface of the substrate.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 가스 공급 단계는 상기 고압충전탱크들에 충전되어 있던 반응가스가 방출된 후에는 반응가스가 재충전되며, 다음 순번에 방출하기 전까지 대기한다.According to the embodiment of the present invention, after the reaction gas filled in the high-pressure filling tanks is discharged, the reaction gas is refilled and waits until it is discharged next time.

본 발명에 의하면, 짧은 시간에 반응가스를 충분히 공급할 수 있어 우수한 단차 도포성을 가지는 박막을 증착할 수 있는 각별한 효과를 갖는다. According to the present invention, it is possible to sufficiently supply the reaction gas in a short period of time, and has a remarkable effect of depositing a thin film having excellent step coverage.

본 발명에 의하면, 원자층 증착 공정 등을 효율적으로 진행할 수 있게 되어, 신뢰성 있는 반도체 장치의 단위시간 당 처리량을 증가시킬 수 있고, 반도체 장치의 수율 향상에 기여할 수 있는 각별한 효과를 갖는다. According to the present invention, it is possible to efficiently carry out the atomic layer deposition process or the like, thereby increasing the throughput per unit time of the reliable semiconductor device and having a remarkable effect of contributing to the improvement of the yield of the semiconductor device.

도 1은 본 발명에 따른 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 분사부재의 사시도 및 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 지지부재의 평면도이다.
도 4는 제1가스 공급부재의 고압충전탱크들을 통해 제1배플로 제공되는 제1반응가스의 유량을 보여주는 그래프이다.
도 5a는 고압충전탱크를 이용한 플래시 공급 방식에 의한 1사이클 공정에서 기판상의 가스량 변화를 보여주는 그래프이다.
도 5b는 연속 공급 방식에 의한 1사이클 공정에서 기판상의 가스량 변화를 보여주는 그래프이다.
도 6은 동일 조건하에 온도 및 전구체 노출(reactant exposure)의 변화에 따른 성장률 변화 그래프이다. 1 is a view for explaining an atomic layer deposition apparatus according to the present invention.
2A and 2B are a perspective view and a cross-sectional view of the injection member shown in Fig.
3 is a plan view of the support member shown in Fig.
4 is a graph showing the flow rate of the first reaction gas supplied to the first baffle through the high pressure filling tanks of the first gas supply member.
5A is a graph showing a change in gas amount on a substrate in a one-cycle process by a flash supply method using a high-pressure filling tank.
5B is a graph showing a change in gas amount on a substrate in a one-cycle process by a continuous supply system.
Figure 6 is a graph of growth rate change with temperature and reactant exposure changes under the same conditions.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 원자층 증착 장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
Hereinafter, an atomic layer deposition apparatus and method according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

( 실시 예 )(Example)

도 1은 본 발명에 따른 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 분사부재의 사시도 및 단면도이다. 도 3은 도 1에 도시된 지지부재의 평면도이다. 1 is a view for explaining an atomic layer deposition apparatus according to the present invention. 2A and 2B are a perspective view and a cross-sectional view of the injection member shown in Fig. 3 is a plan view of the support member shown in Fig.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치(10)는 공정 챔버(process chamber)(100), 지지부재(support member)(200), 분사부재(300), 공급부재(400)를 포함한다.1 to 3, an atomic layer deposition apparatus 10 according to an embodiment of the present invention includes a process chamber 100, a support member 200, a jetting member 300, And a supply member (400).

공정 챔버(100)는 일측에 출입구(112)가 제공된다. 출입구(112)는 공정 진행시 기판(W)들의 출입이 이루어진다. 또한, 공정 챔버(100)는 상부 가장자리에 공정 챔버로 공급된 반응가스와 퍼지 가스 및 원자층 증착 공정 중에 발생된 반응 분산물을 배기하기 위한 배기덕트(120)와 배기관(114)을 포함한다. 배기덕트(120)는 분사부재(300)의 외측에 위치하는 링 타입으로 이루어진다. 도시되지는 않았으나, 배기관(114)은 진공 펌프와 연결되어 있고, 배기관에는 압력 제어 밸브, 유량 제어 밸브 등이 설치된다는 것은 당업자에게 자명한 사실이다. The process chamber 100 is provided with an entrance 112 on one side. The entrance (112) of the substrate (W) is taken in and out during the process. The process chamber 100 also includes an exhaust duct 120 and an exhaust duct 114 for exhausting the reactive gas and purge gas supplied to the process chamber at the top edge and the reactive dispersion generated during the atomic layer deposition process. The exhaust duct 120 is of a ring type located outside the injection member 300. It is obvious to those skilled in the art that although not shown, the exhaust pipe 114 is connected to a vacuum pump, and a pressure control valve, a flow rate control valve, and the like are provided in the exhaust pipe.

도 1 및 도 3에서와 같이, 지지부재(200)는 공정 챔버(100)의 내부 공간에 설치된다. 지지부재(200)는 4장의 기판들이 놓여지는 배치 타입으로 이루어진다. 지지부재(200)는 상부면에 기판들이 놓여지는 제1 내지 제4스테이지(212a-212d)들이 형성된 원판형상의 테이블(210)과, 테이블(210)을 지지하는 지지기둥(220)을 포함한다. 제1 내지 제4스테이지(212a-212d)는 기판의 형상과 유사한 원형으로 이루어질 수 있다. 제1 내지 제4스테이지(212a-212d)는 지지부재(200)의 중앙을 중심으로 동심원상에 90도 간격으로 배치된다. 지지부재(200)는 구동부(290)에 의해 회전된다. 지지부재(200)를 회전시키는 구동부(290)는 구동모터의 회전수와 회전속도를 제어할 수 있는 엔코더가 설치된 스텝핑 모터를 사용하는 것이 바람직하며, 엔코더에 의해 분사부재(300)의 1사이클 공정(제1반응가스-퍼지가스-제2반응가스-퍼지가스)시간을 제어하게 된다. 1 and 3, the support member 200 is installed in the inner space of the process chamber 100. The support member 200 is of a layout type in which four substrates are placed. The support member 200 includes a disc 210 having a disc shape formed with first to fourth stages 212a to 212d on which the substrates are placed and a support column 220 supporting the table 210 . The first to fourth stages 212a to 212d may be circular in shape similar to the shape of the substrate. The first to fourth stages 212a to 212d are arranged concentrically at an interval of 90 degrees about the center of the support member 200. [ The support member 200 is rotated by the driving unit 290. The driving unit 290 for rotating the support member 200 preferably uses a stepping motor provided with an encoder capable of controlling the rotational speed and the rotational speed of the driving motor. (First reaction gas-purge gas-second reaction gas-purge gas).

도시하지 않았지만, 지지부재(200)는 각각의 스테이지에서 기판(W)을 승강 및 하강시키는 복수의 리프트 핀(미도시됨)이 구비될 수 있다. 리프트 핀은 기판(W)을 승하강함으로써, 기판(W)을 지지부재(200)의 스테이지로부터 이격시키거나, 스테이지에 안착시킨다. 또한, 지지부재(200)의 각 스테이지(212a-212d)에는 안착된 기판(W)을 가열하는 히터(미도시됨)가 구비될 수 있다. 히터는 기판(W)의 온도를 기 설정된 온도(공정 온도)로 상승시키기 위해 기판을 가열한다. Although not shown, the support member 200 may be provided with a plurality of lift pins (not shown) that lift and lower the substrate W in each stage. The lift pins move up and down the substrate W, thereby separating the substrate W from the stage of the support member 200 or placing the substrate W on the stage. In addition, a heater (not shown) for heating the substrate W placed on each stage 212a-212d of the support member 200 may be provided. The heater heats the substrate to raise the temperature of the substrate W to a predetermined temperature (process temperature).

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 분사부재(300)는 지지부재(200)에 놓여진 4장의 기판 각각으로 가스를 분사한다. 분사부재(300)는 제1,2반응가스 및 퍼지가스를 공급부재(400)로부터 공급받는다. 분사부재(300)는 공급부재(400)로부터 제공받은 가스들을 기판들 각각에 대응하는 위치에서 기판의 처리면 전체에 분사하는 제1 내지 제4배플(320a-320d)을 갖는 헤드(310)와, 공정챔버(100)의 상부 중앙에 관통되어 설치되고 헤드(310)를 지지하는 샤프트(330)를 포함한다. 헤드(310)는 원반 형상을 갖고, 그 내부에 각각의 가스를 수용하기 위한 독립 공간을 갖는 제1 내지 제4배플(320a-320d)은 헤드(310)의 중심을 기준으로 90도 간격으로 구획된 부채꼴 모양으로, 저면에는 가스 분출구(312)들이 형성되어 있다. 제1 내지 제4배플 (320a-320d) 각각의 독립공간에는 공급부재(400)로부터 제공되는 가스들이 공급되며, 이들은 가스 분출구(312)들을 통해 분사되어 기판으로 제공된다. 제1배플(320a)에는 제1반응가스가 제공되고, 제3배플(320c)에는 제2반응가스가 제공되며, 제1배플(320a)과 제3배플(320c) 사이에 위치하는 제2배플(320b)과 제4배플(320d)에는 제1반응가스와 제2반응가스의 혼합을 막고 미반응 가스를 퍼지하기 위한 퍼지가스가 제공된다. As shown in FIGS. 2A and 2B, the injection member 300 injects gas into each of the four substrates placed on the support member 200. The injection member 300 receives the first and second reaction gases and the purge gas from the supply member 400. The jetting member 300 includes a head 310 having first to fourth baffles 320a to 320d for jetting the gases supplied from the supplying member 400 onto the entire processed surface of the substrate at positions corresponding to the respective substrates, And a shaft 330 installed through the upper center of the process chamber 100 and supporting the head 310. The head 310 has a disc shape and the first to fourth baffles 320a to 320d having independent spaces for accommodating the respective gases therein are arranged at intervals of 90 degrees with respect to the center of the head 310, And gas outlets 312 are formed on the bottom surface. The independent spaces of each of the first to fourth baffles 320a to 320d are supplied with the gases supplied from the supply member 400, and they are injected through the gas ejection openings 312 and provided to the substrate. A first reaction gas is supplied to the first baffle 320a and a second reaction gas is supplied to the third baffle 320c and the second reaction gas is supplied to the second baffle 320c, which is located between the first baffle 320a and the third baffle 320c. And a purge gas is provided in the fourth baffle 320b and the fourth baffle 320d to prevent mixing of the first reaction gas and the second reaction gas and to purge the unreacted gas.

예컨대, 헤드(310)는 제1내지 제4배플(320a-320d)을 90도 간격으로 하여 부채꼴로 형성하였으나, 본 발명은 이에 국한되는 것이 아니며 공정 목적이나 특성에 따라 45도 간격 또는 180도 간격으로 구성할 수도 있으며, 각각의 배플 크기를 달리 구성할 수도 있다. For example, the first to fourth baffles 320a to 320d are formed in a fan shape at intervals of 90 degrees. However, the present invention is not limited to this, Or may be configured differently for each baffle size.

본 발명에서 가장 핵심적인 구성이라 할 수 있는 공급부재(400)는 제1가스 공급부재(410a), 제2가스 공급부재(410b) 그리고 퍼지가스 공급부재(420)를 포함한다. 제1가스 공급부재(410a)는 기판(w) 상에 소정의 박막을 형성하기 위한 제1반응 가스를 제1배플(320a)로 공급하며, 제2가스 공급부재(410b)는 제2반응 가스를 제3배플(320c)로 공급하고, 퍼지가스 공급부재(420)는 퍼지가스를 제2 및 제4배플(320b,320d)로 공급한다. 퍼지가스 공급부재(420)는 일정한 유량으로 퍼지가스를 지속적으로 공급하지만, 제1가스 공급부재(410a)와 제2가스 공급부재(410b)는 고압충전탱크(412)들을 이용하여 고압으로 충전되어 있는 반응가스를 짧은 시간에 방출(플래시 공급방식)하여 기판 상에 확산시킨다. The supply member 400, which is the most essential construction in the present invention, includes a first gas supply member 410a, a second gas supply member 410b, and a purge gas supply member 420. [ The first gas supply member 410a supplies the first reaction gas for forming a predetermined thin film on the substrate w to the first baffle 320a and the second gas supply member 410b supplies the second reaction gas To the third baffle 320c, and the purge gas supply member 420 supplies the purge gas to the second and fourth baffles 320b and 320d. The purge gas supply member 420 continuously supplies the purge gas at a constant flow rate while the first gas supply member 410a and the second gas supply member 410b are charged at a high pressure by using the high pressure filling tanks 412 (Flash supply method) to diffuse the reaction gas on the substrate in a short time.

본 실시예에서는 2개의 서로 다른 반응가스를 공급하기 위해 2개의 가스공급부재가 사용되었으나, 공정 특성에 따라 3개 이상의 서로 다른 반응가스를 공급할 수 있도록 복수개의 가스공급부재가 적용될 수 있음은 당연하다. Although two gas supply members are used to supply two different reaction gases in this embodiment, it is of course possible to apply a plurality of gas supply members so as to supply three or more different reaction gases depending on process characteristics .

제1가스 공급부재(410a)와 제2가스 공급부재(410b)는 동일한 구성으로 이루어지기 때문에 제1가스 공급부재(410a)에 대해서만 설명하기로 한다. Since the first gas supply member 410a and the second gas supply member 410b have the same configuration, only the first gas supply member 410a will be described.

제1가스 공급부재(410a)는 4개의 고압충전탱크(412)들과 가스 충전라인(413), 충전분배라인(414), 가스공급라인(416), 방출분배라인(417) 그리고 밸브 제어기(490)를 포함한다. 여기서 고압충전탱크의 설치 개수는 지지부재(200)의 회전속도에 비례하며, 정확한 개수는 고압충전탱크의 충전시 공급유량, 충전탱크의 용량 등에 따라 결정될 수 있다. 고압충전탱크(412)들에는 제1반응가스가 고압으로 충전된다. 고압충전탱크(412)에는 적어도 기판에 1회 공급되는 제1반응가스의 양보다 같거나 많은 양의 제1반응가스가 충전될 수 있는 부피(용량)를 갖는 것이 바람직하다. 고압충전탱크(412)들은 병렬로 연결된다. 가스충전라인(413)은 반응가스 공급원(402)과 연결되며, 충전분배라인(414)은 가스충전라인(413)과 고압충전탱크(412)들의 가스충전포트를 병렬로 연결하며, 충전 밸브(414a)가 설치된다. 가스공급라인(416)은 분사부재(300)의 제1배플(320a)로 가스를 공급하기 위한 것으로, 방출분배라인(417)은 가스공급라인(416)과 고압충전탱크(412)들의 가스방출포트를 병렬로 연결하며 방출 밸브(417a)가 설치된다. 밸브 제어기(490)는 지지부재(200)의 회전 속도에 따라 고압충전탱크(412)들로부터 반응가스를 방출하거나 또는 반응가스를 고압충전탱크(412)들에 충전시키기 위해 충전밸브(414a) 및 방출밸브(417a)를 제어한다.The first gas supply member 410a includes four high pressure filling tanks 412 and a gas filling line 413, a charge distribution line 414, a gas supply line 416, a discharge distribution line 417, 490). The number of the high-pressure filling tanks to be installed is proportional to the rotation speed of the supporting member 200, and the exact number of the high-pressure filling tanks can be determined according to the supply flow rate, the capacity of the filling tank, Pressure charging tanks 412 are filled with the first reaction gas at a high pressure. It is preferable that the high-pressure charge tank 412 has a volume (capacity) capable of filling at least the amount of the first reaction gas equal to or greater than the amount of the first reaction gas supplied once to the substrate. The high-pressure charge tanks 412 are connected in parallel. The gas charge line 413 is connected to the reaction gas supply source 402. The charge distribution line 414 connects the gas charge ports of the gas charge line 413 and the high pressure charge tank 412 in parallel, 414a. The gas supply line 416 is for supplying gas to the first baffle 320a of the injection member 300 and the discharge distribution line 417 is for supplying the gas of the gas supply line 416 and the high pressure charge tank 412 And a discharge valve 417a is provided to connect the ports in parallel. The valve controller 490 is configured to discharge the reaction gas from the high pressure filling tanks 412 or to charge the high pressure filling tanks 412 with the filling valves 414a and 412b, And controls the discharge valve 417a.

본 발명의 제1가스 공급부재(410a)와 제2가스 공급부재(410b)는 짧은 시간안에 기판의 처리면 전체가 반응가스에 노출(확산)되도록 반응가스가 고압으로 충전되는 고압충전탱크(412)들을 구비하여, 분사부재(300)의 해당되는 배플로 고압충전탱크(412)들에 충전되어 있는 반응가스를 순차적으로 공급한다. The first gas supply member 410a and the second gas supply member 410b of the present invention are arranged such that the reaction gas is charged to a high pressure such that the entire processed surface of the substrate is exposed (diffused) And sequentially supplies the reaction gas filled in the high-pressure filling tanks 412 with the corresponding baffle of the injection member 300. [

도 4는 제1가스 공급부재의 고압충전탱크들을 통해 제1배플로 제공되는 제1반응가스의 유량을 보여주는 그래프이다. 4 is a graph showing the flow rate of the first reaction gas supplied to the first baffle through the high pressure filling tanks of the first gas supply member.

도 4에서와 같이, 제1반응가스는 방출밸브(417a)가 개방되면 짧은 시간에 급격하게 상승하다가 이후 급격히 감소하는 것을 알 수 있다. 즉, 하나의 기판으로 공급될 제1반응가스를 정해진 시간동안 일정하게 공급하는 것보다 본 발명에서와 같이 고압충전탱크(412)를 사용하여 짧은 시간에 많은 양의 반응가스를 기판으로 공급하여 기판이 반응가스에 노출되도록 함으로써 충분한 박막증착을 기대할 수 있는 것이다. 특히, 이러한 고압충전탱크(412)를 사용한 플래시 공급 방식은 퍼지가스를 이용한 퍼지 과정이 좀 더 확실하게 이루어질 수 있다. As shown in FIG. 4, the first reaction gas rises rapidly in a short time when the discharge valve 417a is opened, and then rapidly decreases. That is, rather than supplying the first reaction gas to be supplied to one substrate constantly for a predetermined time, a large amount of reaction gas is supplied to the substrate in a short time using the high-pressure filling tank 412 as in the present invention, A sufficient thin film deposition can be expected by being exposed to the reaction gas. Particularly, in the flash supply method using the high-pressure filling tank 412, the purging process using the purge gas can be performed more reliably.

도 5a는 고압충전탱크를 이용한 플래시 공급 방식에 의한 1사이클 공정에서 기판상의 가스량 변화를 보여주는 그래프이고, 도 5b는 연속 공급 방식에 의한 1사이클 공정에서 기판상의 가스량 변화를 보여주는 그래프이다.FIG. 5A is a graph showing a change in gas amount on a substrate in a one-cycle process by a flash supply method using a high-pressure filling tank, and FIG. 5B is a graph showing a change in gas amount on a substrate in a one-

도 5a에서와 같이, 원자층 증착 공정의 1사이클은 제1반응가스 분사-퍼지가스 분사-제2반응가스 분사-퍼지가스 분사(지지부재의 1회전)를 통해 이루어지며, 제1반응가스와 제2반응가스는 고압충전탱크(412)를 이용한 플래시 공급방식으로 짧은 시간에 많은 양의 반응가스가 기판상에 확산(노출)된 후 급격하게 양이 줄어들게 됨으로써 후속 단계인 퍼지과정에서 미반응가스의 제거가 좀 더 원활하게 이루어짐으로 제1반응가스와 제2반응가스의 혼합을 최소화할 수 있다. 한편, 퍼지 가스는 유량이 제1반응가스의 공급시간이 완료되기 전부터 서서히 증가하다가 다시 서서히 줄어들게 된다. As shown in FIG. 5A, one cycle of the atomic layer deposition process is performed through the first reaction gas injection-purge gas injection-second reaction gas injection-purge gas injection (one rotation of the support member) The second reaction gas is a flash supply method using the high-pressure filling tank 412. Since a large amount of reaction gas is diffused (exposed) on the substrate in a short time, the amount of the reaction gas is abruptly reduced, The mixing of the first reaction gas and the second reaction gas can be minimized. On the other hand, the purge gas gradually increases before the flow rate of the first reaction gas is completed, and then gradually decreases again.

도 5b는 제1반응가스와 제2반응가스가 퍼지가스와 동일한 연속 공급방식으로 진행되는 경우를 보여주는 것으로, 제1반응가스와 제2반응가스는 퍼지가스와 유사한 곡선을 그리며 서서히 증가하다가 정점에서 다시 서서히 줄어드는 것을 알 수 있다. 지지부재(200)가 회전하고 있지 않고 고정된 상태(또는 반응가스가 기판에 반응할 수 있는 충분한 시간이 되면 저속 상태)라면 큰 문제가 없다. 하지만, 처리량을 높이기 위해 지지부재(200)의 회전 속도를 조금이라도 높이게 되면 기판상으로 반응가스의 충분한 공급이 어려워져서 박막 형성에 문제가 발생하게 된다. FIG. 5B shows a case where the first reaction gas and the second reaction gas proceed in the same continuous supply manner as the purge gas. The first reaction gas and the second reaction gas gradually increase in a curve similar to the purge gas, It can be seen that it gradually decreases again. There is no great problem if the support member 200 is not rotating and is fixed (or is in a low speed state when the reaction gas has reached a sufficient time to react with the substrate). However, if the rotation speed of the support member 200 is raised to some extent in order to increase the throughput, it is difficult to sufficiently supply the reaction gas onto the substrate, thereby causing a problem of thin film formation.

이와 같이, 제1가스 공급부재(410a)와 제2가스 공급부재(410b)는 고압충전탱크(412)들을 구비함으로써, 제1배플(320a) 및 제3배플(320c)로 충분한 양의 반응가스를 상대적으로 짧은 시간내에 공급할 수 있고, 기판상에서의 표면 반응(박막 증착)을 극대화시킬 수 있는 것이다.As described above, the first gas supply member 410a and the second gas supply member 410b are provided with the high-pressure filling tanks 412, so that the first baffle 320a and the third baffle 320c are filled with a sufficient amount of reactive gas Can be supplied in a relatively short time, and the surface reaction (thin film deposition) on the substrate can be maximized.

예컨대, Si3N4 박막을 형성하기 위해서는 SiH2Cl2(제1반응가스), NH3(제2반응가스)가 사용될 수 있으며, 이때 공정온도는 375도, 전구체 노출(reactant exposure)의 경우 0.6*106L[0.6*10-6 Torr*sec]이다. 회전 속도의 변경으로 노출시간을 변경하여 측정한 결과는 60rpm = 0.04nm.Cycle[0.6*106L], 30rpm=0.05nm.Cycle[1.2*106L], 15rpm=0.06nm.Cycle[2.4*106L]의 성장률(growth rate)을 얻을 수 있다. 여기서, 박막을 형성하는 공정 변수로는 전구체 노출(reactant exposure), 퍼지시간, 증착 온도 등이 있으며, 퍼지 시간은 지지부재(200)의 회전 속도를 변경함으로써 제어할 수 있으나, 구조상 제1,2반응가스의 공급 시간도 변동이 발생을 한다. 증착 온도는 지지부재(200)의 온도 설정으로 제어할 수 있다. 그리고 전구체 노출(reactant exposure)의 경우 상기 처럼 공급시간을 늘릴 수도 있으나 공급 압력을 증가시켜 공급함으로 제어할 수 있다. For example, SiH2Cl2 (first reaction gas) and NH3 (second reaction gas) can be used to form a Si3N4 thin film, wherein the process temperature is 375 degrees and 0.6 * 10 6 L [0.6 * 10 -6 Torr * sec]. The results obtained by changing the exposure time by changing the rotation speed were 60 rpm = 0.04 nm.Cycle [0.6 * 10 6 L], 30 rpm = 0.05 nm.Cycle [1.2 * 10 6 L], 15 rpm = 0.06 nm.Cycle [2.4 * 10 6 L] can be obtained. Here, the process parameters for forming the thin film include reactant exposure, purge time, deposition temperature and the like, and the purge time can be controlled by changing the rotation speed of the support member 200, The supply time of the reaction gas also fluctuates. The deposition temperature can be controlled by setting the temperature of the support member 200. In the case of the reactant exposure, the supply time can be increased as described above, but it can be controlled by increasing the supply pressure.

도 6은 동일 조건하에 온도 및 전구체 노출(reactant exposure)의 변화에 따른 성장률 변화 그래프이다. 450도의 경우 전구체 노출의 변화에 따라 아주 미미하게 성장률 변화가 이루어지지만, 온도가 높을수록 그리고 전구체 노출이 증가할 수록 성장률이 크게 변화하고 있음을 확인할 수 있다. 즉, 동일 회전속도에서 전구체 노출을 증가시켜 박막형성 시간을 단축할 수 있으며, 이러한 전구체 노출을 높이는 방법으로는 공급시간을 늘리지 않더라도 고압충전탱크(412)들을 이용하여 고압으로 충전되어 있는 반응가스를 짧은 시간에 방출(플래시 공급방식)하여 기판 상에 확산(노출)시킴으로써 가능하다. Figure 6 is a graph of growth rate change with temperature and reactant exposure changes under the same conditions. At 450 ° C, the growth rate changes very little with changes in precursor exposure, but the higher the temperature and the higher the precursor exposure, the greater the growth rate. That is, it is possible to shorten the film formation time by increasing the precursor exposure at the same rotation speed. As a method of increasing the exposure of the precursor, the high-pressure charge tank 412 may be used to increase the reaction gas charged at high pressure (A flash supply method) in a short time and diffusing (exposing) it on the substrate.

본 발명은 적어도 상이한 2개의 기체(가스)를 기판상에 순차적으로 분사하여 기판 표면을 처리하는 설비에도 적용 가능하다. 그러한 실시예 중에서 바람직한 실시예로 원자층 증착 공정에서 사용되는 배치식 원자층 증착 장치를 예를 들어 설명한 것으로, 본 발명은 고밀도 플라즈마(HDP)를 이용한 박막 증착 장치에도 적용할 수 있으며, 플라즈마를 사용한 증착 장치에 사용되기 위해서는 공정 챔버의 상부에 플라즈마 발생 수단이 추가 설치될 수 있다. The present invention is also applicable to an apparatus for treating a substrate surface by sequentially spraying two different gases (gases) on a substrate. Among these embodiments, a preferred embodiment is a batch atomic layer deposition apparatus used in an atomic layer deposition process. The present invention can be applied to a thin film deposition apparatus using a high density plasma (HDP) In order to be used in a deposition apparatus, a plasma generating means may be additionally provided at an upper portion of the process chamber.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

100 : 공정 챔버
200 : 지지부재
300 : 분사부재
400 : 공급부재100: Process chamber
200: support member
300: injection member
400: Supply member

Claims (3)

공정챔버 내부의 지지부재에 놓여진 기판들에 원자층을 증착하는 방법에 있어서:
기판들이 놓여진 지지부재를 회전시키는 단계;
상기 공정챔버 내부로 제1반응가스, 퍼지가스, 제2반응가스 그리고 퍼지가스를 공급하는 단계;
상기 공정챔버 내부로 공급되는 제1반응가스, 퍼지가스, 제2반응가스 그리고 퍼지가스가 독립된 배플들을 통해 상기 지지부재에 놓여진 기판들 각각의 상면으로 분사하는 단계; 및
회전하는 상기 지지부재에 놓여진 기판들이 가스들에 노출되면서 기판상에 박막을 형성시키는 단계;
미반응가스를 외부로 펌핑하는 단계를 포함하되;
상기 가스 공급 단계는
상기 제1반응가스 및 상기 제2반응가스가 짧은 시간안에 기판의 처리면 전체에 분출 및 확산되도록 상기 제1반응가스 및 상기 제2반응가스가 고압으로 충전되는 고압충전탱크들을 구비하여, 해당되는 상기 배플들로 상기 고압충전탱크들에 충전되어 있는 제1반응가스 및 제2반응가스를 순차적으로 공급하며,
상기 고압충전탱크들에 충전되어 있던 반응가스가 방출된 후에는 반응가스가 재충전되며, 다음 순번에 방출하기 전까지 대기하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.A method of depositing an atomic layer on substrates placed on a support member within a process chamber, the method comprising:
Rotating a support member on which the substrates are placed;
Supplying a first reaction gas, a purge gas, a second reaction gas, and a purge gas into the process chamber;
Injecting a first reaction gas, a purge gas, a second reaction gas, and a purge gas, which are supplied into the process chamber, into an upper surface of each of the substrates placed on the support member through independent baffles; And
Forming a thin film on the substrate while exposing the substrates placed on the rotating supporting member to gases;
Pumping the unreacted gas to the outside;
The gas supply step
Pressure filling tanks in which the first reaction gas and the second reaction gas are filled at a high pressure so that the first reaction gas and the second reaction gas are sprayed and diffused over the entire processed surface of the substrate in a short time, And sequentially supplying the first reaction gas and the second reaction gas filled in the high-pressure filling tanks to the baffles,
Wherein the reactant gas is recharged after the reaction gas filled in the high-pressure charge tanks is discharged, and is awaited until the reaction gas is discharged next time. 제 1 항에 있어서,
상기 가스 분사 단계는
제1반응가스, 퍼지가스, 제2반응가스 그리고 퍼지가스가 기판의 처리면을 향하여 수직하게 분사되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.The method according to claim 1,
The gas injection step
Wherein the first reaction gas, the purge gas, the second reaction gas, and the purge gas are injected perpendicularly toward the processing surface of the substrate. 삭제delete
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