KR101596329B1 - Apparatus and method for performing plasma enhanced atomic layer deposition employing very high frequency - Google Patents

Apparatus and method for performing plasma enhanced atomic layer deposition employing very high frequency Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a device and a method for performing plasma enhanced atomic layer deposition (PE-ALD) by using a very high frequency (VHF). According to an embodiment of the present invention, an atomic layer deposition device comprises: a chamber providing a place in which a process is performed; a substrate support portion supporting a substrate in the chamber; a gas supply portion supplying a gas to the chamber; an exhaust portion exhausting the gas from the chamber; a plasma generating portion installed in the chamber to generate plasma in the chamber; and a VHF power source applying a signal of a VHF band to the plasma generating portion. Therefore, the atomic layer deposition device improves a deposition rate and thin film density by the PE-ALD.

Description

VHF를 이용한 PE-ALD 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PERFORMING PLASMA ENHANCED ATOMIC LAYER DEPOSITION EMPLOYING VERY HIGH FREQUENCY}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a PE-ALD apparatus and a method using a VHF,

본 발명은 VHF(Very High Frequency)를 이용하여 PE-ALD(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)를 수행하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for performing PE-ALD (Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition) using VHF (Very High Frequency).

기판에 박막을 증착하는 기술로 원자층 단위의 얇은 박막을 증착하는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 공정이 연구되고 있다. 원자층 증착 공정은 기존의 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 공정에 비해 단차 피복성(step coverage)이 우수하며 넓은 면적에 걸쳐 균일한 두께의 박막을 증착할 수 있어, nm 단위의 입체적 구조를 갖는 반도체 소자의 제조에서 큰 호응을 얻고 있다.Atomic Layer Deposition (ALD) processes are being studied to deposit thin films on an atomic layer basis. The atomic layer deposition process has better step coverage than the conventional chemical vapor deposition (CVD) process and can deposit a thin film having a uniform thickness over a wide area, Has been gaining great popularity in the manufacture of semiconductor devices.

원자층 증착 공정은 공정에 사용되는 반응 물질에 따라 열적 원자층 증착(thermal ALD)과 플라즈마 향상 원자층 증착(plasma enhanced ALD, PE-ALD)로 구분된다. 열적 원자층 증착은 금속 전구체 물질과 반응하는 반응 물질이 기체 상태로 제공되는 반면, 플라즈마 향상 원자층 증착은 반응 물질이 플라즈마 상태로 제공된다.Atomic layer deposition processes are classified into thermal ALD and plasma enhanced ALD (PE-ALD) depending on the reactants used in the process. The thermal atomic layer deposition provides a gaseous state of the reactant reacting with the metal precursor material, while the plasma enhanced atomic layer deposition provides the reactant in a plasma state.

종래의 PE-ALD 공정은 플라즈마를 생성하기 위해 일반적으로 RF 대역, 즉 13.56 MHz의 주파수를 갖는 신호를 사용하였다. 그러나, 이와 같이 RF 대역의 신호를 이용하는 PE-ALD 공정은 그 증착률 및 박막 밀도에 있어 한계를 가져, 집적도가 지속적으로 높아지는 반도체 회로의 제조에 부응하지 못하는 문제가 있다.Conventional PE-ALD processes typically use a signal having a frequency in the RF band, i.e., 13.56 MHz, to generate plasma. However, the PE-ALD process using the RF band signal has a limitation in the deposition rate and the thin film density, and has a problem in that it can not cope with the manufacture of the semiconductor circuit in which the degree of integration is continuously increased.

본 발명의 실시예는 기존에 비해 증착률 및 박막 밀도가 향상된 PE-ALD 공정을 실시하는 원자층 증착 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide an atomic layer deposition apparatus and method for performing a PE-ALD process in which a deposition rate and a thin film density are improved as compared with the prior art.

본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치는, 공정이 수행되는 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내에서 상기 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 챔버에 가스를 공급하는 가스 공급부; 상기 챔버 내 가스를 배출시키는 배기부; 상기 챔버에 설치되어 상기 챔버 내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부; 및 상기 플라즈마 생성부에 VHF(Very High Frequency) 대역의 신호를 인가하는 VHF 전원;을 포함할 수 있다.An atomic layer deposition apparatus according to an embodiment of the present invention includes a chamber for providing a space in which a process is performed; A substrate support for supporting the substrate within the chamber; A gas supply part for supplying gas to the chamber; An exhaust unit for exhausting the gas in the chamber; A plasma generator installed in the chamber to generate plasma in the chamber; And a VHF power source for applying a signal of a VHF (Very High Frequency) band to the plasma generator.

상기 가스 공급부는: 상기 챔버에 금속 전구체 가스, 플라즈마 소스 가스 또는 퍼지 가스를 공급할 수 있다.The gas supply unit may supply a metal precursor gas, a plasma source gas, or a purge gas to the chamber.

상기 가스 공급부는: 상기 챔버에 상기 기판이 배치된 후, 상기 금속 전구체 가스를 기 설정된 제 1 시간 동안 기 설정된 제 1 유량만큼 공급하고, 상기 퍼지 가스를 기 설정된 제 2 시간 동안 기 설정된 제 2 유량만큼 공급하고, 상기 플라즈마 소스 가스를 기 설정된 제 3 시간 동안 기 설정된 제 3 유량만큼 공급하고, 상기 퍼지 가스를 상기 제 2 시간 동안 상기 제 2 유량만큼 공급하는 사이클을 반복할 수 있다.Wherein the gas supply unit supplies the metal precursor gas for a predetermined first time after the substrate is disposed in the chamber by a predetermined first flow rate, and supplies the purge gas to a predetermined second flow rate , Supplying the plasma source gas by a predetermined third flow rate for a predetermined third time, and supplying the purge gas by the second flow rate for the second time.

상기 플라즈마 생성부는: 상기 기판을 사이에 두고 서로 마주보도록 설치되어 상기 챔버 내에 전기장을 형성하는 상부 전극과 하부 전극; 및 상기 챔버의 상부 또는 측부에 설치되어 상기 챔버 내에 전자장을 형성하는 코일; 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Wherein the plasma generating unit includes: an upper electrode and a lower electrode that are disposed to face each other with the substrate therebetween and form an electric field in the chamber; And a coil installed on the upper side or the side of the chamber to form an electromagnetic field in the chamber; Or the like.

상기 VHF 전원은 30 내지 300 MHz의 주파수를 갖는 신호를 상기 플라즈마 생성부에 인가할 수 있다.The VHF power supply may apply a signal having a frequency of 30 to 300 MHz to the plasma generator.

상기 VHF 전원과 상기 플라즈마 생성부 사이에 연결되어 상기 VHF 전원의 출력 임피던스와 상기 플라즈마 생성부의 입력 임피던스를 정합시키는 임피던스 정합부를 더 포함할 수 있다.And an impedance matching unit connected between the VHF power supply and the plasma generating unit to match the output impedance of the VHF power supply with the input impedance of the plasma generating unit.

상기 원자층 증착 장치는 상기 기판 지지부에 설치되어 상기 기판을 가열하는 가열부를 더 포함할 수 있다.The atomic layer deposition apparatus may further include a heating unit installed on the substrate supporting unit to heat the substrate.

상기 가스 공급부는: 상기 금속 전구체 가스로 트리메틸알루미늄(Trimethylaluminum(TMA), Al(CH3)3)을 1 sccm만큼 3 초 또는 그보다 긴 시간 동안 공급할 수 있다.The gas supply unit may supply trimethylaluminum (TMA), Al (CH 3 ) 3 , as the metal precursor gas for about 3 seconds or longer by 1 sccm.

상기 가스 공급부는: 상기 플라즈마 소스 가스로 산소를 200 sccm만큼 2 초 또는 그보다 긴 시간 동안 공급할 수 있다.The gas supply may supply oxygen to the plasma source gas by 200 sccm for 2 seconds or longer.

상기 가스 공급부는: 상기 퍼지 가스로 아르곤을 50 sccm만큼 6 초 또는 그보다 긴 시간 동안 공급할 수 있다.The gas supply unit may supply argon with the purge gas for about 6 seconds or longer by 50 sccm.

상기 VHF 전원은 60 MHz의 주파수를 갖는 신호를 상기 플라즈마 생성부에 인가할 수 있다.The VHF power supply may apply a signal having a frequency of 60 MHz to the plasma generator.

상기 가열부는 상기 기판을 150 내지 200 ℃로 가열할 수 있다.The heating unit may heat the substrate to 150 to 200 ° C.

본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 방법은, 기판이 배치된 챔버에 금속 전구체 가스를 공급하는 단계; 상기 챔버에 퍼지 가스를 공급하여 상기 챔버를 퍼징하는 단계; 상기 챔버에 플라즈마 소스 가스를 공급하면서 상기 챔버에 설치된 플라즈마 생성부에 VHF 대역의 신호를 인가하는 단계; 및 상기 챔버에 상기 퍼지 가스를 공급하여 상기 챔버를 퍼징하는 단계;를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided an atomic layer deposition method including: supplying a metal precursor gas to a chamber in which a substrate is disposed; Purging the chamber by supplying purge gas to the chamber; Applying a VHF band signal to a plasma generation unit installed in the chamber while supplying a plasma source gas to the chamber; And purging the chamber by supplying the purge gas to the chamber.

상기 VHF 대역의 신호를 인가하는 단계는: 상기 플라즈마 생성부에 30 내지 300 MHz의 주파수를 갖는 신호를 인가하는 단계를 포함할 수 있다.The step of applying the signal of the VHF band may include: applying a signal having a frequency of 30 to 300 MHz to the plasma generation unit.

상기 금속 전구체 가스를 공급하는 단계는: 상기 챔버에 트리메틸알루미늄을 1 sccm만큼 3 초 또는 그보다 긴 시간 동안 공급하는 단계를 포함할 수 있다.The step of supplying the metal precursor gas may comprise: supplying trimethylaluminum to the chamber by 1 sccm for 3 seconds or longer.

상기 플라즈마 소스 가스를 공급하면서 VHF 대역의 신호를 인가하는 단계는: 상기 챔버에 산소를 200 sccm만큼 2 초 또는 그보다 긴 시간 동안 공급하는 단계를 포함할 수 있다.The step of applying a signal in the VHF band while supplying the plasma source gas may comprise: supplying oxygen to the chamber for 200 sccm for 2 seconds or longer.

상기 플라즈마 소스 가스를 공급하면서 VHF 대역의 신호를 인가하는 단계는: 상기 플라즈마 생성부에 60 MHz의 주파수를 갖는 신호를 인가하는 단계를 포함할 수 있다.The step of applying a signal in the VHF band while supplying the plasma source gas may include: applying a signal having a frequency of 60 MHz to the plasma generation unit.

상기 챔버를 퍼징하는 단계는: 상기 챔버에 아르곤을 50 sccm만큼 6 초 또는 그보다 긴 시간 동안 공급하는 단계를 포함할 수 있다.The purging of the chamber may comprise: supplying argon to the chamber for a time of 6 seconds or longer, by 50 sccm.

상기 원자층 증착 방법은 상기 금속 전구체 가스를 공급하는 단계 전, 상기 기판을 기 설정된 온도로 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.The atomic layer deposition method may further include heating the substrate to a predetermined temperature before supplying the metal precursor gas.

상기 기판을 기 설정된 온도로 가열하는 단계는: 상기 기판을 180 ℃로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.The step of heating the substrate to a predetermined temperature may include: heating the substrate to 180 ° C.

본 발명의 실시예에 따르면, 종래에 비해 PE-ALD 공정에 의한 증착률 및 박막 밀도가 향상될 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the deposition rate and the thin film density by the PE-ALD process can be improved as compared with the prior art.

본 발명의 실시예에 따르면, PE-ALD 공정에 의한 증착률 및 박막 밀도의 향상으로 반도체 공정의 생산성이 향상될 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the productivity of the semiconductor process can be improved by improving the deposition rate and the thin film density by the PE-ALD process.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 공정 가스 및 VHF 신호를 제공하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 방법의 예시적인 흐름도이다.
도 4는 VHF 신호를 이용한 본 발명의 실시예에 의한 박막 증착률을 RF 신호를 이용한 비교예에 의한 박막 증착률과 비교한 그래프이다.
도 5 및 도 6은 각각 RF 신호를 이용한 비교예의 박막 밀도와 VHF 신호를 이용한 실시예의 박막 밀도를 나타내는 XRR 분석 그래프이다.
1 is a schematic diagram of an atomic layer deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a process of providing a process gas and a VHF signal according to an embodiment of the present invention.
3 is an exemplary flow diagram of an atomic layer deposition method in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph comparing the film deposition rate according to an embodiment of the present invention using a VHF signal with a film deposition rate according to a comparative example using an RF signal.
FIGS. 5 and 6 are XRR analysis graphs showing thin film densities of the comparative examples using RF signals and thin film densities of the examples using VHF signals, respectively.

이하, 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings attached hereto.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치(10)의 개략적인 도면이다.1 is a schematic diagram of an atomic layer deposition apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 원자층 증착 장치(10)는 챔버(110), 기판 지지부(120), 가스 공급부(130), 배기부(140), 플라즈마 생성부(150) 및 VHF 전원(160)을 포함할 수 있다.1, the atomic layer deposition apparatus 10 includes a chamber 110, a substrate support 120, a gas supply unit 130, an exhaust unit 140, a plasma generation unit 150, and a VHF power source 160 < / RTI >

상기 챔버(110)는 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 상기 기판 지지부(120)는 상기 챔버(110) 내에서 기판(S)을 지지한다. 상기 가스 공급부(130)는 상기 챔버(110)에 가스를 공급한다. 상기 배기부(140)는 상기 챔버(110) 내 가스를 배출시킨다. 상기 플라즈마 생성부(150)는 상기 챔버(110)에 설치되어 챔버(110) 내에 플라즈마를 생성한다. 상기 VHF 전원(160)은 상기 플라즈마 생성부(150)에 VHF(Very High Frequency) 대역의 신호를 인가한다.The chamber 110 provides a space in which the process is performed. The substrate support 120 supports the substrate S in the chamber 110. The gas supply unit 130 supplies gas to the chamber 110. The exhaust unit 140 discharges gas in the chamber 110. The plasma generating unit 150 is installed in the chamber 110 to generate plasma in the chamber 110. The VHF power supply 160 applies a VHF (Very High Frequency) signal to the plasma generator 150.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가스 공급부(130)는 상기 챔버(110)에 금속 전구체 가스, 플라즈마 소스 가스 또는 퍼지 가스를 공급할 수 있다. 다시 말해, 상기 가스 공급부(130)는 공정 수행 시 여러 종류의 가스(특히, 금속 전구체 가스와 플라즈마 소스 가스)를 한꺼번에 공급하지 않고 하나씩 번갈아가며 공급할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the gas supply unit 130 may supply a metal precursor gas, a plasma source gas, or a purge gas to the chamber 110. In other words, the gas supply unit 130 can supply various kinds of gases (in particular, the metal precursor gas and the plasma source gas) alternately without supplying them at the same time.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 공정 가스 및 VHF 신호를 제공하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram illustrating a process of providing a process gas and a VHF signal according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 상기 가스 공급부(130)는 챔버(110)에 기판(S)이 배치된 후, 상기 챔버(110)에 금속 전구체 가스를 기 설정된 제 1 시간(t1) 동안 기 설정된 제 1 유량만큼 공급할 수 있다. 그러고 나서, 상기 가스 공급부(130)는 상기 챔버(110)에 퍼지 가스를 기 설정된 제 2 시간(t2) 동안 기 설정된 제 2 유량만큼 공급할 수 있다.Referring to FIG. 2, the gas supply unit 130 may include a substrate 110, a substrate S disposed in the chamber 110, a metal precursor gas introduced into the chamber 110 for a first predetermined time t 1 , 1 flow rate. Then, the gas supply unit 130 may supply purge gas to the chamber 110 by a second predetermined flow rate for a predetermined second time t 2 .

그 뒤, 상기 가스 공급부(130)는 상기 챔버(110)에 플라즈마 소스 가스를 기 설정된 제 3 시간(t3) 동안 기 설정된 제 3 유량만큼 공급할 수 있다. 그러고 나서, 상기 가스 공급부(130)는 상기 퍼지 가스를 상기 제 2 시간(t2) 동안 상기 제 2 유량만큼 공급할 수 있다.Thereafter, the gas supply unit 130 may supply the plasma source gas to the chamber 110 for a predetermined third flow rate for a predetermined third time t 3 . Then, the gas supply unit 130 may supply the purge gas by the second flow rate for the second time t 2 .

이와 같이, 상기 가스 공급부(130)는 금속 전구체 가스, 퍼지 가스, 플라즈마 소스 가스 및 퍼지 가스 순으로 챔버(110)에 공정 가스를 공급함으로써 기판(S) 상에 원자층 단위의 얇은 박막을 증착시킬 수 있다.As described above, the gas supply unit 130 supplies a process gas to the chamber 110 in the order of a metal precursor gas, a purge gas, a plasma source gas, and a purge gas to deposit a thin film of atomic layer unit on the substrate S .

나아가, 상기 가스 공급부(130)는 상기 금속 전구체 가스, 상기 퍼지 가스, 상기 플라즈마 소스 가스 및 상기 퍼지 가스의 공급을 한 사이클로 하여 기 결정된 횟수만큼 사이클을 반복함으로써 상기 기판(S) 상에 상기 박막을 목표 두께만큼 증착시킬 수 있다.Further, the gas supply unit 130 repeats a cycle a predetermined number of times by supplying the metal precursor gas, the purge gas, the plasma source gas, and the purge gas in one cycle, thereby forming the thin film on the substrate S. It can be deposited to a target thickness.

다시 도 1을 참조하면, 상기 플라즈마 생성부(150)는 상기 VHF 전원(160)으로부터 VHF 대역의 신호를 공급받아 상기 챔버(110)에 공급되는 플라즈마 소스 가스를 플라즈마 상태로 변환한다.Referring to FIG. 1 again, the plasma generator 150 receives a signal in the VHF band from the VHF power supply 160 and converts the plasma source gas supplied to the chamber 110 into a plasma state.

일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 생성부(150)는 상기 기판(S)을 사이에 두고 서로 마주보도록 설치되어 상기 챔버(110) 내에 전기장을 형성하는 상부 전극 및 하부 전극을 포함할 수 있다. 즉, 상기 플라즈마 생성부(150)는 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 타입의 플라즈마 소스일 수 있다. 도 1에 도시된 플라즈마 생성부(150)는 챔버(110)의 상부에 설치된 상부 전극(150)과 기판 지지부(120)에 배치된 하부 전극(미도시)으로 구성된다.According to one embodiment, the plasma generating unit 150 may include an upper electrode and a lower electrode that are installed to face each other with the substrate S therebetween, and form an electric field in the chamber 110. That is, the plasma generator 150 may be a capacitively coupled plasma (CCP) type plasma source. The plasma generating unit 150 shown in FIG. 1 includes an upper electrode 150 disposed on an upper portion of a chamber 110 and a lower electrode (not shown) disposed on a substrate supporting unit 120.

다른 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 생성부는 챔버(110)의 상부 또는 측부에 설치되어 상기 챔버(110) 내에 전자장을 형성하는 코일을 포함할 수 있다. 다시 말해, 상기 플라즈마 생성부(150)는 ICP(Inductively Coupled Plasma) 타입의 플라즈마 소스일 수 있다.According to another embodiment, the plasma generating unit may include a coil installed on the upper side or the side of the chamber 110 to form an electromagnetic field in the chamber 110. In other words, the plasma generator 150 may be a plasma source of ICP (Inductively Coupled Plasma) type.

실시예에 따라, 상기 플라즈마 생성부는 ICP 타입의 플라즈마 소스인 코일과 CCP 타입의 플라즈마 소스인 평행 평판 전극들을 모두 포함할 수도 있다.According to an embodiment, the plasma generator may include both a coil, which is an ICP type plasma source, and a parallel plate electrode, which is a CCP type plasma source.

상기 VHF 전원(160)은 상기 플라즈마 생성부(150)에 VHF 대역의 신호를 공급하여 플라즈마 생성에 요구되는 전력을 공급한다.The VHF power supply 160 supplies a signal in the VHF band to the plasma generator 150 to supply power required for plasma generation.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 VHF 전원(160)은 30 내지 300 MHz의 주파수를 갖는 신호를 상기 플라즈마 생성부(150)에 인가할 수 있으나, 상기 주파수는 종래에 사용되던 RF 대역(예컨대, 13.56 MHz)보다 높으면 30 내지 300 MHz에 제한되지 않고 다양한 값이 사용될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the VHF power supply 160 may apply a signal having a frequency of 30 to 300 MHz to the plasma generator 150, , 13.56 MHz), various values can be used without being limited to 30 to 300 MHz.

도 2를 참조하면, 상기 VHF 전원(160)은 챔버(110)에 플라즈마 소스 가스가 공급되는 동안 상기 플라즈마 생성부(150)에 VHF 대역의 신호를 공급할 수 있다. 따라서, 상기 VHF 대역의 신호는 상기 플라즈마 생성부(150)에 상기 제 3 시간 동안 인가될 수 있다.Referring to FIG. 2, the VHF power supply 160 may supply a VHF band signal to the plasma generator 150 while the plasma source gas is supplied to the chamber 110. Accordingly, the signal of the VHF band may be applied to the plasma generator 150 during the third time.

다시 도 1을 참조하면, 상기 원자층 증착 장치(10)는 VHF 전원(160)과 플라즈마 생성부(150) 사이에 연결되어 상기 VHF 전원(160)의 출력 임피던스와 상기 플라즈마 생성부(150)의 입력 임피던스를 정합시키는 임피던스 정합부(170)를 더 포함할 수 있다.1, the atomic layer deposition apparatus 10 is connected between a VHF power supply 160 and a plasma generation unit 150 and is connected to the output impedance of the VHF power supply 160 and the output impedance of the plasma generation unit 150 And an impedance matching unit 170 for matching the input impedance.

실시예에 따라, 상기 원자층 증착 장치(10)는 기판(S)의 상부에 설치되어, 상기 플라즈마 생성부(150)에 의해 생성된 플라즈마를 상기 기판(S) 상에 균일하게 공급하는 샤워 헤드(180)를 더 포함할 수 있다.The atomic layer deposition apparatus 10 may be provided on the substrate S and may be a shower head for uniformly supplying the plasma generated by the plasma generation unit 150 onto the substrate S. [ (180).

또한, 도 1에 도시되지는 않았지만, 상기 원자층 증착 장치(10)는 상기 기판 지지부(120)에 설치되어 상기 기판(S)을 가열하는 가열부를 더 포함할 수 있다. 상기 가열부는 공정 진행 도중 기판(S)을 소정의 온도로 유지하거나 조절하여 상기 기판(S) 상에 박막을 형성하기 위한 공정 온도를 달성할 수 있다.Although not shown in FIG. 1, the atomic layer deposition apparatus 10 may further include a heating unit installed on the substrate supporting unit 120 to heat the substrate S. The heating unit may achieve a processing temperature for forming a thin film on the substrate S by maintaining or adjusting the substrate S at a predetermined temperature during the process.

상기 배기부(140)는 펌프 등을 이용하여 상기 챔버(110) 내에 남아있는 가스 또는 반응 부산물을 챔버 밖으로 배출시킬 수 있다. 또한, 상기 배기부(140)는 공정 진행 도중 상기 챔버 내 압력을 기 설정된 압력으로 조절할 수도 있다.The exhaust unit 140 may discharge gas or reaction by-products remaining in the chamber 110 by using a pump or the like, out of the chamber. Also, the exhaust unit 140 may adjust the pressure in the chamber to a predetermined pressure during the process.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가스 공급부(130)는 금속 전구체 가스로 트리메틸알루미늄(Trimethylaluminum(TMA), Al(CH3)3)을 챔버(110)에 공급할 수 있다. 그리고, 상기 가스 공급부(130)는 플라즈마 소스 가스로 산소(O2)를 챔버(110)에 공급할 수 있다. 또한, 상기 가스 공급부(130)는 퍼지 가스로 아르곤(Ar)을 챔버(110)에 공급할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the gas supply unit 130 may supply trimethylaluminum (TMA) or Al (CH 3 ) 3 to the chamber 110 as a metal precursor gas. The gas supply unit 130 may supply oxygen (O 2 ) to the chamber 110 as a plasma source gas. Also, the gas supply unit 130 may supply argon (Ar) to the chamber 110 as a purge gas.

그로 인해, 상기 원자층 증착 장치(10)는 기판(S) 위에 산화알루미늄(Al2O3) 박막을 원자층 단위로 증착할 수 있다.Accordingly, the atomic layer deposition apparatus 10 can deposit an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) thin film on the substrate S on an atomic layer basis.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 방법(20)의 예시적인 흐름도이다.3 is an exemplary flow diagram of an atomic layer deposition method 20 according to an embodiment of the present invention.

전술한 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치(10)를 이용하여 기판(S) 상에 금속 산화물 박막을 원자층 단위로 증착하는 원자층 증착 방법(20)을 수행할 수 있다.The atomic layer deposition method 20 for depositing the metal oxide thin film on the substrate S by atomic layer can be performed using the atomic layer deposition apparatus 10 according to the embodiment of the present invention described above.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 원자층 증착 방법(20)은, 기판(S)이 배치된 챔버(110)에 금속 전구체 가스를 공급하는 단계(S210), 상기 챔버(110)에 퍼지 가스를 공급하여 상기 챔버(110)를 퍼징하는 단계(S220), 상기 챔버(110)에 플라즈마 소스 가스를 공급하면서 상기 챔버(110)에 설치된 플라즈마 생성부(150)에 VHF 대역의 신호를 인가하는 단계(S230), 및 상기 챔버(110)에 상기 퍼지 가스를 공급하여 상기 챔버(110)를 퍼징하는 단계(S240)를 포함할 수 있다.3, the atomic layer deposition method 20 includes a step S210 of supplying a metal precursor gas to a chamber 110 in which a substrate S is disposed, a purge gas A step S220 of purging the chamber 110 by supplying a plasma source gas to the chamber 110 and a signal of a VHF band to the plasma generating unit 150 installed in the chamber 110 S230), and purging the chamber 110 by supplying the purge gas to the chamber 110 (S240).

그리고, 상기 원자층 증착 방법(20)은 전술한 단계(S210) 내지 단계(S240)을 한 사이클로 하여 기 결정된 횟수만큼 사이클을 반복하여 상기 기판(S) 상에 박막을 목표 두께만큼 증착시킬 수 있다.The atomic layer deposition method 20 may repeat the cycle of steps S210 to S240 described above one cycle at a predetermined number of times to deposit a thin film on the substrate S by a target thickness .

일 실시예에 따르면, 상기 금속 전구체 가스를 공급하는 단계(S210)는, 상기 챔버(110)에 트리메틸알루미늄(TMA)을 1 sccm만큼 3 초 또는 그보다 긴 시간 동안 공급하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the step (S210) of supplying the metal precursor gas may include supplying trimethyl aluminum (TMA) to the chamber 110 for 1 sccm for 3 seconds or longer.

일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 소스 가스를 공급하면서 VHF 대역의 신호를 인가하는 단계(S230)는, 상기 챔버(110)에 산소(O2)를 200 sccm만큼 2 초 또는 그보다 긴 시간 동안 공급하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the step S230 of applying the signal in the VHF band while supplying the plasma source gas includes supplying oxygen (O 2 ) to the chamber 110 for 200 sccm for 2 seconds or longer Step < / RTI >

그리고, 상기 VHF 대역의 신호를 인가하는 단계(S230)는 상기 플라즈마 생성부(150)에 30 내지 300 MHz의 주파수를 갖는 신호를 인가하는 단계를 포함할 수 있다.The step of applying the signal of the VHF band (S230) may include applying a signal having a frequency of 30 to 300 MHz to the plasma generator 150.

구체적으로, 상기 VHF 대역의 신호를 인가하는 단계(S230)는, 상기 플라즈마 생성부(150)에 60 MHz의 주파수를 갖는 신호를 인가하는 단계를 포함할 수 있다.Specifically, the step of applying the signal of the VHF band (S230) may include a step of applying a signal having a frequency of 60 MHz to the plasma generation unit 150. [

일 실시예에 따르면, 상기 챔버(110)를 퍼징하는 단계(S240)는, 상기 챔버(110)에 아르곤(Ar)을 50 sccm만큼 6 초 또는 그보다 긴 시간 동안 공급하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment, purging the chamber 110 (S240) may include supplying argon (Ar) to the chamber 110 for about 6 seconds or longer, by 50 sccm.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 원자층 증착 방법(20)은 금속 전구체 가스를 공급하는 단계(S210) 전에 상기 기판(S)을 기 설정된 온도로 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the atomic layer deposition method 20 may further include heating the substrate S to a predetermined temperature before supplying the metal precursor gas (S210).

상기 기판(S)을 기 설정된 온도로 가열하는 단계는, 상기 기판(S)을 150 내지 200 ℃, 구체적으로 180 ℃로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.The step of heating the substrate S to a predetermined temperature may include heating the substrate S to 150 to 200 ° C, specifically to 180 ° C.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따라 VHF 대역의 신호를 이용한 PE-ALD 공정으로 기판 상에 금속 산화물 박막을 증착하는 과정을 설명하고, 그에 따른 박막 증착률 및 박막 밀도를 RF 대역의 신호를 이용한 PE-ALD 공정에 의한 박막 증착률 및 박막 밀도와 비교하기로 한다.Hereinafter, a process of depositing a metal oxide thin film on a substrate using a PE-ALD process using a VHF band signal according to an embodiment of the present invention will be described. Then, a thin film deposition rate and a thin film density are measured using a PE - Comparison with thin film deposition rate and thin film density by ALD process.

이 실시예에서, 금속 산화물 박막을 원자층 증착할 기판으로 p-타입의 Si 웨이퍼를 이용하였다. 그리고, 공정이 수행될 동안 기판의 온도는 180 ℃로 유지되었으며, 챔버 내 압력은 24 mTorr로 유지되었다.In this embodiment, a p-type Si wafer was used as a substrate for atomic layer deposition of a metal oxide thin film. During the process, the temperature of the substrate was maintained at 180 DEG C, and the pressure in the chamber was maintained at 24 mTorr.

또한, 기판 위에 산화알루미늄(Al2O3)을 원자층 증착하기 위해, 금속 전구체로 트리메틸알루미늄(TMA)을 사용하였으며, 플라즈마를 형성하기 위한 소스 가스로 산소(O2)를 사용하였다. 그리고, 챔버의 퍼징을 위한 퍼지 가스로 아르곤(Ar)을 사용하였다.In order to atomically deposit aluminum oxide (Al 2 O 3 ) on the substrate, trimethyl aluminum (TMA) was used as a metal precursor, and oxygen (O 2 ) was used as a source gas for forming a plasma. Then, argon (Ar) was used as a purge gas for purging the chamber.

먼저, 기판에 금속 전구체를 제공하기 위해 챔버에 트리메틸알루미늄 가스를 1 sccm만큼 3 초 동안 공급하였다. 그 뒤, 챔버에 아르곤 가스를 50 sccm만큼 6 초 동안 공급하여 챔버를 퍼징시켰다.First, trimethyl aluminum gas was supplied to the chamber for 1 sccm for 3 seconds to provide a metal precursor to the substrate. Thereafter, the chamber was purged by supplying argon gas to the chamber by 50 sccm for 6 seconds.

그러고 나서, 기판에 흡착되어 있는 금속 전구체로부터 금속 산화물 박막을 형성하기 위해, 본 발명의 제 1 실시예로 챔버에 산소 가스를 200 sccm만큼 1 초 동안 공급하면서 60 MHz의 VHF 신호를 챔버에 공급하여, 트리메틸알루미늄 가스를 산소 플라즈마와 반응시켰다. 그 뒤, 챔버에 아르곤 가스를 50 sccm만큼 6 초 동안 공급하여 챔버를 퍼징시켰다.Then, in order to form a metal oxide thin film from the metal precursor adsorbed on the substrate, a 60 MHz VHF signal is supplied to the chamber while oxygen gas is supplied to the chamber for 1 second by 200 sccm in the first embodiment of the present invention , Trimethylaluminum gas was reacted with oxygen plasma. Thereafter, the chamber was purged by supplying argon gas to the chamber by 50 sccm for 6 seconds.

이와 같은 박막 형성 사이클을 100 번 반복한 뒤 Ellipso Technology에서 제조한 Elli-SE-F 장비로 산화알루미늄 박막의 두께를 측정하고, 측정된 두께를 100으로 나누어 한 사이클 당 증착된 박막의 두께를 계산하였다.The thin film forming cycle was repeated 100 times, and then the thickness of the aluminum oxide thin film was measured with an Elli-SE-F apparatus manufactured by Ellipso Technology, and the measured thickness was divided by 100 to calculate the thickness of the thin film deposited per cycle .

또한, 본 발명의 제 2 및 제 3 실시예로, 챔버에 산소 가스를 200 sccm만큼 각각 3 초 및 5 초 동안 공급하고, 나머지 과정들은 제 1 실시예와 동일하게 실시하였다. 그리고, 제 1 내지 제 3 비교예로 챔버에 13.56 MHz의 RF 신호를 공급하고, 나머지 과정들은 제 1 내지 제 3 실시예와 동일하게 실시하였다.Also, in the second and third embodiments of the present invention, oxygen gas was supplied to the chamber at 200 sccm for 3 seconds and 5 seconds, respectively, and the rest of the procedure was carried out in the same manner as in the first embodiment. Then, RF signals of 13.56 MHz were supplied to the chamber according to the first to third comparative examples, and the remaining processes were performed in the same manner as in the first to third embodiments.

도 4는 VHF 신호를 이용한 본 발명의 실시예에 의한 박막 증착률을 RF 신호를 이용한 비교예에 의한 박막 증착률과 비교한 그래프이다.FIG. 4 is a graph comparing the film deposition rate according to an embodiment of the present invention using a VHF signal with a film deposition rate according to a comparative example using an RF signal.

도 4를 참조하면, VHF 대역의 신호를 이용하여 PE-ALD 공정으로 Si 기판에 산화알루미늄(Al2O3) 박막을 증착한 제 1 내지 제 3 실시예들이 RF 대역의 신호를 이용하여 증착한 제 1 내지 제 3 비교예들보다 한 사이클 당 성장되는 박막의 두께(즉, 박막 증착률)가 더 큰 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, in the first to third embodiments in which an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) thin film is deposited on a Si substrate by a PE-ALD process using a signal in the VHF band, It can be seen that the thickness of the thin film to be grown per cycle (i.e., the thin film deposition rate) is larger than that of the first to third comparative examples.

RF 대역의 신호를 이용하여 생성된 산소 플라즈마를 금속 전구체인 TMA에 각각 1 초, 3 초 및 5 초 동안 노출시킨 제 1 내지 제 3 비교예와, VHF 대역의 신호를 이용하여 생성된 산소 플라즈마를 TMA에 각각 1 초, 3 초 및 5 초 동안 노출시킨 제 1 내지 제 3 실시예에 따른 박막 증착률은 아래의 표 1과 같다.The first to third comparative examples in which the oxygen plasma generated using the RF band signal is exposed to the metal precursor TMA for 1 second, 3 seconds, and 5 seconds, respectively, and the oxygen plasma generated using the signal in the VHF band The TMA deposition rates according to the first to third embodiments were 1 second, 3 seconds, and 5 seconds, respectively, as shown in Table 1 below.

노출 시간 (s)Exposure time (s) 박막 증착률 (Å/cycle)Thin film deposition rate (Å / cycle) RFRF VHFVHF 1One 2.192.19 2.522.52 33 2.322.32 2.672.67 55 2.3132.313 2.72.7

도 5 및 도 6은 각각 RF 신호를 이용한 비교예의 박막 밀도와 VHF 신호를 이용한 실시예의 박막 밀도를 나타내는 XRR 분석 그래프이다.FIGS. 5 and 6 are XRR analysis graphs showing thin film densities of the comparative examples using RF signals and thin film densities of the examples using VHF signals, respectively.

XRR 분석을 통해 계측한 결과, RF 신호를 이용하여 증착된 산화알루미늄 박막 및 VHF 신호를 이용하여 증착된 산화알루미늄 박막의 밀도는 각각 3.11 g/cm3 및 3.26 g/cm3으로, VHF 신호를 이용한 실시예가 RF 신호를 이용한 비교예에 비해 약 5 %만큼 조밀한 박막을 얻을 수 있음을 확인하였다.As a result of the XRR analysis, the density of the aluminum oxide thin film deposited using the RF signal and the aluminum oxide thin film deposited using the VHF signal were 3.11 g / cm 3 and 3.26 g / cm 3 , respectively, It was confirmed that the embodiment can obtain a thin film having a density of about 5% as compared with the comparative example using RF signals.

이상에서, VHF 대역의 신호를 이용하여 PE-ALD 공정으로 기판 상에 금속 산화물 박막을 원자층 증착하는 본 발명의 실시예를 설명하였다. 본 발명의 실시예에 따르면, RF 대역의 신호를 이용하는 종래기술에 비해 박막 증착률 및 박막 밀도가 향상하여 반도체 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.In the above, an embodiment of the present invention for atomically depositing a metal oxide thin film on a substrate in a PE-ALD process using a VHF band signal has been described. According to the embodiment of the present invention, the thin film deposition rate and the thin film density can be improved and the productivity of the semiconductor process can be improved as compared with the prior art using the RF band signal.

지금까지 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 위 실시예는 단지 본 발명의 사상을 설명하기 위한 것으로 이에 한정되지 않는다. 통상의 기술자는 전술한 실시예에 다양한 변형이 가해질 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위의 해석을 통해서만 정해진다.While the present invention has been described with reference to the exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Those skilled in the art will appreciate that various modifications may be made to the embodiments described above. The scope of the present invention is defined only by the interpretation of the appended claims.

10: 원자층 증착 장치
110: 챔버
120: 기판 지지부
130: 가스 공급부
140: 배기부
150: 플라즈마 생성부
160: VHF 전원
170: 임피던스 정합부
180: 샤워 헤드
10: atomic layer deposition apparatus
110: chamber
120:
130: gas supply unit
140:
150: plasma generator
160: VHF power supply
170: Impedance matching portion
180: Shower head

Claims (20)

공정이 수행되는 공간을 제공하는 챔버;
상기 챔버 내에서 기판을 지지하는 기판 지지부;
상기 챔버에 금속 전구체 가스, 플라즈마 소스 가스 및 퍼지 가스를 공급하는 가스 공급부;
상기 챔버 내 가스를 배출시키는 배기부;
상기 챔버에 설치되어 상기 챔버 내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부; 및
상기 플라즈마 생성부에 VHF(Very High Frequency) 대역의 신호를 인가하는 VHF 전원;
을 포함하고,
상기 가스 공급부는,
상기 금속 전구체 가스로 트리메틸알루미늄(Trimethylaluminum(TMA), Al(CH3)3)을 1 sccm만큼 3 초 또는 그보다 긴 시간 동안 공급하고,
상기 플라즈마 소스 가스로 산소를 200 sccm만큼 2 초 또는 그보다 긴 시간 동안 공급하며,
상기 퍼지 가스로 아르곤을 50 sccm만큼 6 초 또는 그보다 긴 시간 동안 공급하고,
상기 VHF 전원은 60 MHz의 주파수를 갖는 신호를 상기 플라즈마 생성부에 인가하는 원자층 증착 장치.
A chamber for providing a space in which the process is performed;
A substrate support for supporting a substrate within the chamber;
A gas supply unit for supplying a metal precursor gas, a plasma source gas, and a purge gas to the chamber;
An exhaust unit for exhausting the gas in the chamber;
A plasma generator installed in the chamber to generate plasma in the chamber; And
A VHF power supply for applying a VHF (Very High Frequency) signal to the plasma generator;
/ RTI >
The gas-
The metal precursor gas trimethylaluminum (Trimethylaluminum (TMA), Al ( CH 3) 3) by supplying 1 sccm for 3 seconds or longer than the time by,
Supplying oxygen to the plasma source gas by 200 sccm for 2 seconds or longer,
Argon was supplied as the purge gas for about 6 seconds or longer by 50 sccm,
Wherein the VHF power source applies a signal having a frequency of 60 MHz to the plasma generating unit.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 생성부는:
상기 기판을 사이에 두고 서로 마주보도록 설치되어 상기 챔버 내에 전기장을 형성하는 상부 전극과 하부 전극; 및
상기 챔버의 상부 또는 측부에 설치되어 상기 챔버 내에 전자장을 형성하는 코일;
중 적어도 하나를 포함하는 원자층 증착 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the plasma generator comprises:
An upper electrode and a lower electrode provided to face each other with the substrate interposed therebetween to form an electric field in the chamber; And
A coil installed on the upper side or the side of the chamber to form an electromagnetic field in the chamber;
≪ / RTI >
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 VHF 전원과 상기 플라즈마 생성부 사이에 연결되어 상기 VHF 전원의 출력 임피던스와 상기 플라즈마 생성부의 입력 임피던스를 정합시키는 임피던스 정합부를 더 포함하는 원자층 증착 장치.
The method according to claim 1,
And an impedance matching unit connected between the VHF power supply and the plasma generating unit to match an output impedance of the VHF power supply with an input impedance of the plasma generating unit.
제 1 항에 있어서,
상기 기판 지지부에 설치되어 상기 기판을 가열하는 가열부를 더 포함하는 원자층 증착 장치.
The method according to claim 1,
And a heating unit installed on the substrate supporting unit to heat the substrate.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 7 항에 있어서,
상기 가열부는 상기 기판을 150 내지 200 ℃로 가열하는 원자층 증착 장치.
8. The method of claim 7,
Wherein the heating unit heats the substrate to 150 to 200 ° C.
기판이 배치된 챔버에 금속 전구체 가스를 공급하는 단계;
상기 챔버에 퍼지 가스를 공급하여 상기 챔버를 퍼징하는 단계;
상기 챔버에 플라즈마 소스 가스를 공급하면서 상기 챔버에 설치된 플라즈마 생성부에 VHF 대역의 신호를 인가하는 단계; 및
상기 챔버에 상기 퍼지 가스를 공급하여 상기 챔버를 퍼징하는 단계;
를 포함하고,
상기 금속 전구체 가스를 공급하는 단계는:
상기 챔버에 트리메틸알루미늄을 1 sccm만큼 3 초 또는 그보다 긴 시간 동안 공급하는 단계를 포함하며,
상기 플라즈마 소스 가스를 공급하면서 VHF 대역의 신호를 인가하는 단계는:
상기 챔버에 산소를 200 sccm만큼 2 초 또는 그보다 긴 시간 동안 공급하는 단계; 및
상기 플라즈마 생성부에 60 MHz의 주파수를 갖는 신호를 인가하는 단계를 포함하고,
상기 챔버를 퍼징하는 단계는:
상기 챔버에 아르곤을 50 sccm만큼 6 초 또는 그보다 긴 시간 동안 공급하는 단계를 포함하는 원자층 증착 방법.
Supplying a metal precursor gas to a chamber in which the substrate is disposed;
Purging the chamber by supplying purge gas to the chamber;
Applying a VHF band signal to a plasma generation unit installed in the chamber while supplying a plasma source gas to the chamber; And
Purging the chamber by supplying the purge gas to the chamber;
Lt; / RTI >
Wherein the step of supplying the metal precursor gas comprises:
And supplying trimethylaluminum to the chamber for 1 sccm for 3 seconds or longer,
The step of applying a signal in the VHF band while supplying the plasma source gas comprises:
Supplying oxygen to the chamber by 200 sccm for 2 seconds or longer; And
And applying a signal having a frequency of 60 MHz to the plasma generator,
Purging the chamber comprises:
And supplying argon into the chamber at a rate of 50 sccm for 6 seconds or longer.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 13 항에 있어서,
상기 금속 전구체 가스를 공급하는 단계 전, 상기 기판을 기 설정된 온도로 가열하는 단계를 더 포함하는 원자층 증착 방법.
14. The method of claim 13,
Further comprising heating the substrate to a predetermined temperature before supplying the metal precursor gas.
제 19 항에 있어서,
상기 기판을 기 설정된 온도로 가열하는 단계는:
상기 기판을 180 ℃로 가열하는 단계를 포함하는 원자층 증착 방법.
20. The method of claim 19,
The step of heating the substrate to a predetermined temperature comprises:
And heating the substrate to 180 < 0 > C.
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