KR102430392B1

KR102430392B1 - 상부 전극 어셈블리, 반응 챔버 및 원자층 증착 디바이스

Info

Publication number: KR102430392B1
Application number: KR1020207033338A
Authority: KR
Inventors: 윈펑 란; 샤오핑 스; 춘레이 리; 용페이 왕; 홍비아오 왕
Original assignee: 베이징 나우라 마이크로일렉트로닉스 이큅먼트 씨오., 엘티디.
Priority date: 2018-06-01
Filing date: 2018-11-12
Publication date: 2022-08-08
Also published as: CN108807127B; CN108807127A; TW202003906A; TWI699451B; SG11202011520TA; JP7267308B2; KR20210003187A; WO2019227861A1; JP2021524887A

Abstract

본 발명은 상부 전극 어셈블리, 반응 챔버 및 원자층 증착 디바이스를 제공하며, 상부 전극 어셈블리는 흡기 구조(10) 및 상부 전극판(2)을 포함하고, 흡기 구조(10)에는 제1 채널(101)이 개설되고, 상부 전극판(2)에는 제2 채널(21)이 개설되고, 여기에서 제1 채널(101)은 공정 가스를 제2 채널(21)로 도입하는 데 사용되고, 제2 채널(21)은 공정 가스를 반응 챔버로 도입하는 데 사용되고, 흡기 분리 어셈블리를 더 포함하고, 흡기 분리 어셈블리는 상부 전극판(2)과 흡기 구조(10) 사이에 설치되고, 제1 채널(101) 내의 공정 가스를 제2 채널(21)에 도입하는 동시에, 제1 채널(101)의 내벽과 제2 채널(21)의 내벽을 전기적으로 절연시키는 데 사용된다. 상기 상부 전극 어셈블리, 반응 챔버 및 원자층 증착 디바이스의 기술적 해결책은 흡기 구조(10)와 상부 전극판(2) 사이의 전위차를 방지하고 나아가 점화 현상이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

Description

상부 전극 어셈블리, 반응 챔버 및 원자층 증착 디바이스

본 발명은 반도체 제조 기술 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상부 전극 어셈블리, 반응 챔버 및 원자층 증착 디바이스에 관한 것이다.

현재 박막 증착 공정은 반도체, 집적 회로, 태양 전지판, 평면 디스플레이, 마이크로일렉트로닉스, 발광 다이오드 등 다양한 분야의 디바이스에 널리 사용되고 있다. 그 중 일부 박막 증착 공정에서는 통상적으로 박막 증착을 위해 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 공정이 사용되는데, ALD 공정에 의해 생성된 박막은 매우 얇아 다른 공정에 비해 상당한 장점이 있다.

ALD 공정의 플라즈마 강화 ALD(Plasma Enhanced ALD, PE-ALD) 공정은 다양한 박막 제조에 사용할 수 있다. 그 중 정전 용량 플라즈마 강화 ALD 공정은 통상적인 상황에서 반응하지 않는 2가지 공정 가스를 모두 반응 챔버에 넣고, 무선 주파수(radio frequency) 주기를 조정하여 ALD 공정을 수행하는 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 정전 용량 플라즈마 강화 ALD 디바이스에는 반응 챔버(100)와 상부 전극 어셈블리가 포함되고, 여기에서 상부 전극 어셈블리에는 샤워판(200), 흡기관(300) 등이 포함된다. 여기에서, 흡기관(300)의 흡기구(400)는 접지되고, 공정 가스는 순차적으로 흡기관(300)과 샤워판(200)을 거쳐 반응 챔버(100)로 유입된다. 샤워판(200)은 RF 전원과 전기적으로 연결되고, RF 전원이 턴온되면 샤워판(200)이 전극판 역할을 하여 반응 챔버 내의 공정 가스를 여기시키고 플라즈마를 형성한다.

본 발명의 내용을 구현하는 과정에서, 출원인은 종래 기술로부터 다음과 같은 결함을 발견했다.

흡기관(300)의 흡기구(400)가 접지되고 샤워판(200)이 RF 전원과 전기적으로 연결되기 때문에, 흡기관(300)과 샤워판(200) 사이에 전위차가 발생할 수 있다. 상기 전위차는 흡기관(300)에 플라즈마를 생성할 수 있고, 플라즈마의 존재로 인해 흡기관(300)의 내벽에 도전막이 증착되어 흡기구(400)와 샤워판(200) 사이에 전기적 단락이 발생하며 나아가 점화 현상이 일어나기 쉽다.

본 발명의 목적은 종래 기술에 존재하는 기술적 문제를 적어도 부분적으로 해결하기 위하여, 흡기 구조와 상부 전극판 사이의 전위차가 발생하는 것을 방지하고 나아가 점화 현상이 일어나는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 상부 전극 어셈블리, 반응 챔버 및 원자층 증착 디바이스를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 일 양상에 있어서, 상부 전극 어셈블리를 제공하며, 여기에는 흡기 구조 및 상부 전극판이 포함되고, 상기 흡기 구조에는 제1 채널이 개설되고, 상기 상부 전극판에는 제2 채널이 개설되고, 여기에서 상기 제1 채널은 공정 가스를 상기 제2 채널로 도입하는 데 사용되고, 상기 제2 채널은 공정 가스를 반응 챔버로 도입하는 데 사용되고, 흡기 분리 어셈블리를 더 포함하고, 상기 흡기 분리 어셈블리는 상기 상부 전극판과 상기 흡기 구조 사이에 설치되고, 상기 제1 채널 내의 공정 가스를 상기 제2 채널에 도입하는 동시에, 상기 제1 채널의 내벽과 상기 제2 채널의 내벽을 전기적으로 절연시키는 데 사용된다.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 흡기 분리 어셈블리는 절연 부재를 포함하고, 상기 절연 부재는 상기 상부 전극판과 상기 흡기 구조 사이에 설치되고, 상기 절연 부재 내에는 중간 채널이 설치된다.

상기 중간 채널은 각각 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널과 연통되고, 상기 중간 채널에는 흡기 분리 구조가 채택되고, 상기 흡기 분리 구조는 상기 제1 채널의 내벽과 상기 제2 채널의 내벽을 전기적으로 절연시키는 데 사용된다.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 흡기 분리 어셈블리는,

상기 상부 전극판과 상기 흡기 구조 사이에 설치되고, 상기 상부 전극판과 상기 흡기 구조를 전기적으로 절연시키는 데 사용되는 절연 부재-상기 절연 부재 내에 상기 중간 채널이 설치되고, 상기 중간 채널은 각각 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널과 연통함-; 및

상기 중간 채널 내에 설치되고, 상기 제1 채널의 내벽과 제2 채널의 내벽을 전기적으로 절연시키는 데 사용되는 흡기 분리 구조를 포함한다.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 흡기 분리 구조는 적어도 하나의 흡기 구멍을 포함하고, 상기 흡기 구멍의 축선은 상기 중간 채널의 축선과 서로 평행하거나; 또는 상기 흡기 구멍의 축선과 상기 중간 채널 축선 사이에 소정의 협각이 형성된다.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 흡기 구멍은 복수개이고, 복수개의 상기 흡기 구멍은 상기 중간 채널의 축선을 중심으로 하는 적어도 하나의 원주 상에 분포하거나; 또는 복수개의 상기 흡기 구멍은 상기 중간 채널의 반경방향 단면에 대해 어레이로 배열된다.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 흡기 분리 구조는 적어도 2세트의 흡기 구멍을 포함하고, 각 세트의 흡기 구멍은 적어도 하나의 흡기 구멍을 포함하고; 상기 흡기 구멍 세트 중의 흡기 구멍의 축선은 상기 중간 채널의 축선과 서로 평행하거나; 또는 상기 흡기 구멍의 축선과 상기 중간 채널의 축선 사이에 소정의 협각이 형성된다.

상이한 흡기 구멍 세트 내의 흡기 구멍의 축선은 상기 중간 채널의 축선에 대한 각도가 다르고; 및/또는 상이한 흡기 구멍 세트 내의 흡기 구멍은 반경방향 단면 형상이 다르다.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 흡기 분리 구조는 2세트의 흡기 구멍을 포함하고, 이는 각각 제1세트 흡기 구멍과 제2세트 흡기 구멍이다.

여기에서 상기 제1세트 흡기 구멍 내의 흡기 구멍은 복수개이고, 상기 중간 채널의 축선을 중심으로 반경이 다른 적어도 2개의 제1 원주 상에 분포하고; 상기 제1세트 흡기 구멍 내의 흡기 구멍은 원형 통공이다.

상기 제2세트 흡기 구멍 내의 흡기 구멍은 복수개이고, 상기 중간 채널의 축선을 중심으로 하는 제2 원주 상에 분포하고, 상기 제2세트 흡기 구멍 내의 각 흡기 구멍은 직사각형 통공이고, 상기 직사각형 통공의 반경방향 단면 형상의 길이 방향은 상기 제2 원주의 반경 방향을 따라 설치된다.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 제1세트 흡기 구멍 내의 흡기 구멍이 위치한 제1 원주의 반경이 클수록 상기 흡기 구멍의 직경이 크다.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 소정의 협각 범위는 30도 내지 89도이다.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 흡기 구멍은 원형 통공이고, 상기 원형 통공 직경의 범위는 0.5mm 내지 4mm이다.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 원형 통공 직경의 범위는 0.5mm 내지 4mm이다.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 직사각형 통공 직경의 반경방향 단면 면적의 범위는 1mm² 내지 20mm²이다.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 샤워판에는 분사공이 개설되고, 상기 흡기 구멍의 축선은 상기 분사공의 축선과 서로 엇갈린다.

본 발명의 다른 일 양상에 있어서, 챔버 본체 및 전술한 어느 하나의 상부 전극 어셈블리를 포함하는 반응 챔버를 제공한다.

본 발명의 다른 일 양상에 있어서, 상기 반응 챔버를 포함하는 원자층 증착 디바이스를 제공한다.

본 발명에서 제공하는 상부 전극 어셈블리, 반응 챔버, 원자층 증착 디바이스의 기술적 해결책에 있어서, 흡기 분리 어셈블리를 설치함으로써 흡기 구조와 상부 전극판 사이의 직접 접촉 경로를 차단하고, 제1 채널의 내벽과 제2 채널의 내벽을 전기적으로 절연시켜, 흡기 구조와 상부 전극판 사이에 전위차가 발생하는 것을 막고 나아가 점화 현상이 일어나는 것을 효과적으로 방지한다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들를 소개하며, 이를 통해 본 발명의 상기 내용 및 기타 목적, 특징 및 장점을 더욱 명확하게 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 정전 용량 플라즈마 강화형 원자층 증착 디바이스의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에서 따른 상부 전극 어셈블리의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 흡기 분리 구조의 측면도이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 흡기 분리 구조의 입체도 및 부감도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 흡기 분리 구조의 다른 측면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 흡기 분리 구조의 또 다른 측면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에서 따른 상부 전극 어셈블리의 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 흡기 분리 구조의 입체도 및 부감도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 흡기 분리 구조의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 반응 챔버의 단면도이다.

본 발명은 종래 기술에 존재하는 적어도 하나의 기술적 문제를 해결하기 위하여 상부 전극 어셈블리, 반응 챔버 및 원자층 증착 디바이스를 제공한다. 본 발명의 목적, 기술적 해결책 및 장점을 보다 명확하게 설명하기 위하여, 이하에서는 구체적인 실시예 및 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이러한 설명은 예시일 뿐이며 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 아님을 이해해야 한다. 또한 이하의 설명에서는 본 발명의 개념이 불필요하게 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지된 구조 및 기술에 대한 설명은 생략한다.

본 발명의 제1 실시예는 원자층 증착 디바이스에 적용될 수 있는, 더욱 상세하게는 정전 용량 플라즈마 강화형 원자층 증착 디바이스에 적용될 수 있는 상부 전극 어셈블리를 제공한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상부 전극 어셈블리는 원자층 증착 디바이스의 반응 챔버 꼭대기단에 위치하며, 여기에는 흡기 구조(10)와 상부 전극판(2)이 포함된다. 여기에서, 흡기 구조(10)에는 제1 채널(101)이 개설되고, 본 실시예에 있어서, 흡기 구조(10)에는 적어도 2개의 분기 채널이 더 개설된다. 원자층 증착 디바이스 공정 수행 시, 전구체(A)와 전구체(B)는 각각 2개의 분기 채널을 통해 제1 채널(101)로 동시에 유입되어 제1 채널(101)에서 혼합된다. 즉, 제1 채널(101)은 전구체(A)와 전구체(B)의 혼합 가스를 혼합 및 수송하기 위한 메인 관로로 사용된다. 전구체(A)와 전구체(B)는 정상 조건에서 반응하지 않는 2가지의 공정 가스이다.

상부 전극판(2)에는 제2 채널(21)이 개설된다. 상기 제1 채널(101)은 전구체(A)와 전구체(B)의 혼합 가스를 제2 채널(21)로 도입하고, 제2 채널(21)은 상기 혼합 가스를 반응 챔버로 도입하는 데 사용된다. 본 실시예에 있어서, 상부 전극판(2)은 샤워판이다. 상기 샤워판은 반응 챔버의 꼭대기단에 설치되고, 샤워판에 RF 전력을 인가하여 반응 챔버 내의 공장 가스를 여기시켜 플라즈마를 형성하기 위한 RF 생성기(22)가 연결된다. 또한 샤워판은 균일 유동 캐비티를 구비하고, 상기 균일 유동 캐비티의 상단에는 중심 흡기 구멍이 설치된다. 균일 유동 캐비티의 하단에는 복수의 분사공이 설치되어, 반응 챔버로 균일하게 공정 가스를 이송시키는 데 사용된다. 상기 제2 채널(21)은 샤워판 축선을 따라 연장되는 중공관일 수 있고, 균일 유동 캐비티의 중심 흡기 구멍과 연통하거나; 또는 상기 제2 채널(21)이 바로 균일 유동 캐비티의 중심 흡기 구멍일 수 있다.

상부 전극 어셈블리는 흡기 분리 어셈블리를 더 포함한다. 상기 흡기 분리 어셈블리는 상부 전극판(2)과 흡기 구조(10) 사이에 설치되어, 제1 채널(101) 내의 공정 가스를 제2 채널(21)로 도입하는 동시에, 제1 채널(101)의 내벽과 제2 채널(21)의 내벽을 전기적으로 절연시키는 데 사용된다. 소위 전기적 절연이란 양극과 음극 사이에 전류가 흐르지 않도록 양극과 음극 사이의 직접 접촉 경로를 차단하는 것을 말한다.

반응 챔버는 공정 수행 시, 샤워판을 양극으로 사용하고, 흡기 구조(10)를 음극으로 사용하는데, 제1 채널(101)과 제2 채널(21)이 직접 연통되면 둘 사이에 전위차가 발생할 수 있다. 상기 문제를 해결하기 위해, 상부 전극판(2)과 흡기 구조(10) 사이에 흡기 분리 어셈블리를 설치함으로써 양극과 음극 사이의 직접 접촉 경로(도 2에서 화살표로 표시)를 차단한다. 제1 채널(101)의 내벽과 제2 채널(21)의 내벽을 전기적으로 절연시켜 전위차가 발생하는 것을 막고 점화 현상이 일어나는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한 흡기 분리 어셈블리는 공정 가스가 통과하도록 허용할 수 있으므로, 제1 채널(101)로부터의 가스가 가스 유동에 영향을 주지 않고 제2 채널(21) 내로 도입될 수 있다.

이하에서는 흡기 분리 어셈블리의 구조를 상세하게 설명한다. 구체적으로, 본 실시예에 있어서, 흡기 분리 어셈블리는 절연 부재(11) 및 흡기 분리 구조(12)를 포함한다. 여기에서, 절연 부재(11)는 절연 재료로 제조되며, 상부 전극판(2)과 흡기 구조(10) 사이에 설치되고, 상부 전극판(2)과 흡기 구조(10)를 전기적으로 절연시키는 데 사용된다. 절연 부재(11) 내에는 중간 채널(111)이 설치되고, 상기 중간 채널(111)은 각각 제1 채널(101) 및 제2 채널(21)과 연통되어, 제1 채널(101)로부터의 가스를 제2 채널(21)로 도입하도록 구현한다.

흡기 분리 구조(12)는 중간 채널(111) 내에 설치되고, 상기 흡기 분리 구조(12)는 제1 채널(101)의 내벽과 제2 채널(21)의 내벽을 전기적으로 절연하여 전위차가 발생하는 것을 방지한다.

바람직하게는, 흡기 구조(10), 절연 부재(11) 및 샤워판은 동축으로 설치되고, 제1 채널(101), 중간 채널(111) 및 제2 채널(21)도 동축이다.

본 실시예에 있어서 흡기 분리 구조(12)를 중간 채널(111) 내에 설치함으로써, 제1 채널(101) 내에 가스 혼합을 위한 충분한 공간을 보장할 수 있지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 실제 적용에서 제1 채널(101)에 가스 혼합을 위한 충분한 공간이 있다는 전제 하에서, 흡기 분리 구조(12)는 제1 채널(101) 내 또는 제1 채널(101)과 중간 채널(111)에 설치될 수도 있다.

본 실시예에 있어서 흡기 분리 구조(12)는 절연 부재(11)에 대해 독립적인 부재이지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 실제 적용에서 흡기 분리 구조(12)는 중간 채널(111)에 구성될 수도 있다. 즉, 중간 채널(111)에 흡기 분리 구조(12)를 채택함으로써 제1 채널(101)의 내벽과 제2 채널(21)의 내벽을 전기적으로 절연시킬 수 있다.

본 실시예에 있어서, 도 3 내지 도 4b를 함께 참고하면, 흡기 분리 구조(12)는 복수의 흡기 구멍(120)을 포함한다. 복수의 흡기 구멍(120)의 축선은 상기 중간 채널(111)의 축선과 서로 평행하여 공정 가스를 용이하게 도입할 수 있게 한다.

선택적으로, 복수의 흡기 구멍(120)은 중간 채널(111)의 반경방향 단면에 대해 어레이로 배열되어, 가스를 제2 채널(21) 내로 균일하게 도입한다. 상기 어레이는 원형 어레이, 정사각형 어레이 등에 가까울 수 있다. 물론, 실제 적용에서 복수의 흡기 구멍(120)은 임의의 다른 분포 방식이 채택될 수도 있다. 예를 들어 복수의 흡기 구멍(120)은 중간 채널(111)의 축선을 중심으로 하는 적어도 하나의 원주 상에 분포된다.

선택적으로, 가스 유량이 요건을 충족시키도록 보장하기 위해 흡기 구멍(120)의 수는 20 내지 200개이고, 보다 바람직하게는 80 내지 170개이다.

본 실시예에 있어서, 모든 흡기 구멍(120)은 원형 통공이고, 상기 원형 통공의 직경 범위는 0.5 내지 4mm이고, 바람직하게는 0.8 내지 3mm이다. 상기 직경 범위 내에서, 제1 채널(101)의 내벽과 제2 채널(21)의 내벽을 전기적으로 절연시킬 수 있다. 흡기 구멍(120)의 직경은 같거나 다를 수 있으며, 부분적으로 같을 수도 있다.

본 실시예에 있어서 모든 흡기 구멍(120)이 원형 통공이지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 실제 적용에서 모든 흡기 구멍(120)은 정사각형, 타원형, 다각형 등과 같이 다른 반경방향 단면 형상을 채택할 수도 있다. 또한 모든 흡기 구멍(120)에는 2가지 이상의 반경방향 단면 형상이 다른 흡기 구멍이 포함될 수도 있다.

본 실시예에 있어서 모든 흡기 구멍(120)은 통공이지만 본 발명은 이에 제한되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 실제 적용에서 흡기 구멍(120)은 테이퍼형 구멍 등과 같이 축방향 치수가 다른 구조가 채택될 수도 있다.

선택적으로, 흡기 구멍(120)의 두께는 약 2mm 내지 20mm이고, 바람직하게는 5mm 내지 15mm이며, 예를 들어 10mm이다.

선택적으로, 직경이 12인치인 실리콘 웨이퍼 공정의 경우, 제1 채널(101) 및 중간 채널(111)의 내경은 6mm 내지 60mm이고, 바람직하게는 25mm 내지 45mm, 보다 바람직하게는 30mm 내지 40mm이며, 예를 들어 38mm이다.

본 실시예에 있어서, 복수의 흡기 구멍(120)의 축산과 상기 중간 통채널(111)의 축선은 서로 평행하다는 점에 유의해야 한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 실제 적용에서 도 5에 도시된 바와 같이 복수의 흡기 구멍(120')의 축선과 중간 채널(111)의 축선 사이에 소정의 협각(θ)이 형성된다. 이와 같이 제1 채널(101)의 내벽과 제2 채널(21)의 내벽을 효과적으로 전기적으로 절연시켜 점화 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 흡기 구멍(120')이 비스듬하게 설치되기 때문에 공정 가스가 이러한 흡기 구멍을 거친 후 원반 링(disc-ring) 기류장을 생성하여 공정 가스가 충분히 혼합된다.

선택적으로, 소정의 협각(θ)은 바람직하게는 30° 내지 89°이고, 보다 바람직하게는 60° 내지 80°이다.

본 발명의 제2 실시예에서 따른 상부 전극 어셈블리는 상기 제1 실시예와 동일하거나 유사한 특징을 가지므로 여기에서 반복하여 설명하지 않는다. 이하에서는 제2 실시예에서 상기 제1 실시예와 다른 내용만 설명한다.

본 실시예에 있어서, 흡기 분리 구조(12)는 적어도 2세트의 흡기 구멍을 포함한다. 각 세트의 흡기 구멍은 적어도 하나의 흡기 구멍을 포함하고, 흡기 구멍 세트 중 흡기 구멍의 축선은 중간 채널(111)의 축선과 서로 평행하거나; 또는 흡기 구멍의 축선과 중간 채널(111)의 축선 사이에 소정의 협각이 형성된다. 또한 상이한 흡기 구멍 세트 내의 흡기 구멍의 축선은 중간 채널(111)의 축선에 대한 각도가 다르고, 및/또는 상이한 흡기 구멍 세트 내의 흡기 구멍은 반경방향 단면 형상이 다르다. 즉, 상기 흡기 분리 구조(12)에는 2가지의 상이한 경사각 및/또는 반경방향 단면 형상을 갖는 흡기 구멍 세트가 포함된다.

예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 흡기 분리 구조(12)는 적어도 2세트의 흡기 구멍을 포함한다. 이는 각각 제1세트 흡기 구멍과 제2세트 흡기 구멍이고, 여기에서 제1세트 흡기 구멍은 적어도 하나의 제1 흡기 구멍(121)을 포함하고, 제2세트 흡기 구멍은 적어도 하나의 제2 흡기 구멍(122)을 포함한다. 여기에서 제1 흡기 구멍(121)의 축선은 상기 중간 채널(111)의 축선과 서로 평행하고, 제2 흡기 구멍(122)의 축선은 상기 중간 채널(111)의 축선과 소정의 협각(θ)을 형성한다. 상기 소정의 협각(θ)은 바람직하게는 30° 내지 89°이고, 보다 바람직하게는 60° 내지 80°이다.

경사각이 다른 2개의 흡기 구멍을 설치함으로써, 제1 채널(101)의 내벽과 제2 채널(21)의 내벽을 효과적으로 전기적으로 절연시켜 점화 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 공정 가스가 각각 제1 흡기 구멍(121)과 제2 흡기 구멍(122)을 거친 후 기류 방향이 달라져 공정 가스가 보다 충분히 혼합되도록 만들 수 있다.

선택적으로, 제1 흡기 구멍(121)과 제2 흡기 구멍(122)의 반경방향 단면의 형상은 같거나 다를 수 있다. 또한 상기 제1 흡기 구멍(121)과 제2 흡기 구멍(122)은 모두 원형 통공일 수 있으나, 직경은 다를 수 있다.

다른 예를 들어, 도 7, 도 8a, 도 8b 및 도 9를 함께 참조하면, 흡기 분리 구조(12)는 적어도 2세트 흡기 구멍을 포함하며, 이는 각각 제1세트 흡기 구멍, 제2세트 흡기 구멍이다. 여기에서 제1세트 흡기 구멍은 복수의 제1 흡기 구멍(121)을 포함하며 중간 채널(111)의 축선을 중심으로 반경이 다른 적어도 2개의 제1 원주 상에 분포하고, 각 제1 흡기 구멍(121)은 모두 원형 통공이다.

도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 흡기 구멍(121)은 중간 채널(111)의 축선을 중심으로 반경이 다른 3개의 제1 원주 상에 분포되고, 3개의 제1 원주는 각각 중간 채널(111)의 중심 영역, 중간 영역 및 둘레 영역에 위치한다. 이러한 방식으로 제1 흡기 구멍(121)을 중간 채널(111)의 반경 방향 상에서 고르게 분포시킬 수 있다.

선택적으로, 인접한 2개의 제1 원주 사이의 반경방향 간격은 3mm 내지 10mm이고, 바람직하게는 4mm 내지 8mm이다.

실제 적용에서 각각의 제1 원주 상의 제1 흡기 구멍(121)의 수는 구체적인 수요에 따라 자유롭게 설정할 수 있다. 선택적으로, 최외곽 원의 제1 원주 상의 제1 흡기 구멍(121)의 수는 5 내지 20개이고, 바람직하게는 8 내지 15개이다. 중간의 제1 원주 상의 제1 흡기 구멍(121)의 수는 최외곽 원의 제1 원주 상의 제1 흡기 구멍(121)의 수보다 적거나 같을 수 있다. 선택적으로, 중간의 제1 원주 상의 제1 흡기 구멍(121)의 수는 5 내지 20개이고, 바람직하게는 8 내지 15개이다. 최내측 원의 제1 원주 상의 제1 흡기 구멍(121)의 수는 중간의 제1 원주 상의 제1 흡기 구멍(121)의 수보다 적거나 같을 수 있다. 선택적으로, 최내측 원의 제1 원주 상의 제1 흡기 구멍(121)의 수는 1 내지 8개이고, 바람직하게는 2 내지 6개이다.

실제 적용에서 각각의 제1 원주 상의 제1 흡기 구멍(121)의 직경은 구체적인 수요에 따라 자유롭게 설정할 수 있다. 선택적으로, 제1 흡기 구멍(121)이 위치한 제1 원주의 반경이 클수록, 상기 제1 흡기 구멍(121)의 직경이 더 커진다. 구체적으로, 최외곽 원의 제1 원주 상의 제1 흡기 구멍(121)의 직경이 가장 크고, 최내측 원의 제1 원주 상의 제1 흡기 구멍(121)의 직경이 가장 작다. 이러한 방식으로 흡기 분리 구조(12)의 공간을 충분히 활용할 수 있어 단위 시간당 통과하는 공정 가스의 양이 더 많아지므로 공정 가스가 흡기 분리 구조(12)를 더 빨리 통과할 수 있다.

실제 적용에서 각각의 제1 원주 상의 제1 흡기 구멍(121)의 경사각은 구체적인 수요에 따라 자유롭게 설정할 수 있다. 구체적으로, 각각의 제1 원주 상의 제1 흡기 구멍(121)의 축선은 중간 채널(111)의 축선과 서로 평행하거나, 또는 중간 채널(111)의 축선 사이와 소정의 협각(θ)을 형성한다. 상기 소정의 협각(θ)은 바람직하게는 30° 내지 89°이고, 보다 바람직하게는 60° 내지 80°이다.

또한 동일한 제1 원주 상의 제1 흡기 구멍(121)의 경사각은 같거나 다를 수 있다. 제1 원주 상의 제1 흡기 구멍(121)의 경사각은 같거나 다를 수 있다.

본 실시예에 있어서 제1 흡기 구멍(121)이 원형 통공이지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 실제 적용에서 제1 흡기 구멍(121)의 반경방향 단면은 정사각형, 타원형, 다각형 등일 수 있다.

도 8a, 도 8b 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제2세트 흡기 구멍은 복수의 제2 흡기 구멍(122)을 포함하며 중간 채널(111)의 축선을 중심으로 하는 제2 원주 상에 분포한다. 각각의 제2 흡기 구멍(122)은 모두 직사각형 통공이고, 상기 직사각형 통공의 반경방향 단면 형상의 길이 방향은 제2 원주의 반경 방향을 따라 설치된다. 물론, 실제 적용에서 제2 흡기 구멍(122)의 반경방향 단면 형상은 가늘고 긴 타원형, 또는 둥근 모서리가 있는 직사각형 유사 형상 등일 수도 있다.

또한 본 실시예에 있어서 최외곽 원의 제1 원주 상의 어느 인접한 2개의 제1 흡기 구멍(121) 사이, 및 이에 대응하는 중간의 제1 원주 상의 인접한 2개의 제1 흡기 구멍(121) 사이에는 제2 흡기 구멍(122)이 설치된다. 또한 최외곽 원의 제1 원주 상의 제1 흡기 구멍(121)은 모두 제2 흡기 구멍(122)의 내부 단부 내측에 위치한다. 이와 같이 제1 흡기 구멍(121)과 제2 흡기 구멍(122)을 중간 채널(111)의 원주 방향 상에서 엇갈리게 배열하여 공정 가스를 더욱 충분히 혼합시킬 수 있다.

선택적으로, 제2 흡기 구멍(122)은 직사각형 통공이고, 그 반경방향 단면 면적은 1mm² 내지 20mm²이고, 보다 바람직하게는 5mm² 내지 15mm²이다.

실제 적용에서 제2 흡기 구멍(122)의 경사각은 구체적인 수요에 따라 자유롭게 설정할 수 있다. 구체적으로, 제2 흡기 구멍(122)(중간 채널의 축선에 평행)의 축선은 중간 채널(111)의 축선과 서로 평행하거나; 또는 중간 채널(111)의 축선과 소정의 협각(θ)를 형성한다. 상기 소정의 협각(θ)은 바람직하게는 30° 내지 89°이고, 보다 바람직하게는 60° 내지 80°이다.

상기 각 실시예의 상부 전극 어셈블리에 있어서, 도 2 및 도 3을 예로 들어 설명하면 흡기 분리 구조(12)는 중간 채널(111) 내에 매립된다. 또한 중간 채널(111)의 반경방향 단면 형상은 원형이다. 또한 제1 채널(101)에서 제2 채널(21)까지의 방향을 따라, 중간 채널(111)은 입구 구간 및 입구 구간과 연통하는 본체 구간으로 나눌 수 있고, 여기에서 입구 구간의 직경은 본체 구간의 직경보다 크다. 흡기 분리 구조(12)에는 기둥형 본체가 포함되고, 상기 기둥형 본체는 그 축선을 따라 제1 구간과 제2 구간으로 나누어진다. 여기에서 제1 구간의 외경은 제2 구간의 외경보다 크다. 또한 제1 구간의 외주벽은 중간 채널(111)의 입구 구간의 내벽에 매칭되고, 제2 구간의 외주벽은 중간 채널(111) 본체 구간의 내벽에 매칭되므로, 흡기 분리 구조(12)가 중간 채널(111) 내에 매립되도록 구현한다. 또한 흡기 분리 구조(12)의 위치를 용이하게 고정할 수 있어 설치하기가 편리하고 분해 및 청소가 용이하다.

또한 제1 채널(101)의 반경방향 단면 형상도 원형이고, 제1 채널(101)의 직경이 흡기 분리 구조(12)의 제1 구간의 외경보다 작기 때문에, 흡기 구조(10)가 흡기 분리 구조(12)를 눌러 설치 견고성을 향상시키는 데 도움이 된다.

본 발명의 다른 일 실시예에 있어서, 챔버 본체(3) 및 전술한 어느 하나의 상부 전극 어셈블리를 포함하는 반응 챔버를 제공한다.

도 10에 도시된 바와 같이, 지지 베이스(33)는 챔버 본체(3)의 바닥부에 설치되어 접지되며, 가열 기능이 있어 기판을 지지하고 가열하는 데 사용된다.

챔버 본체(3), 상부 전극 어셈블리의 샤워판 및 지지 베이스(33)는 공정 반응 영역(31)을 둘러싸며 원자층 증착 과정을 구현하는 데 사용된다. 챔버 본체(3) 측벽이 공정 반응 영역(31)을 둘러싸는 부분에는 공정 영역 균일 유동 그리드(32)가 더 설치되어 공정 가스의 기류 균일성을 향상시키는 데 사용된다.

흡기 구조(10)의 측벽에는 제1 채널(101), 제1 분기 채널(102), 제2 분기 채널(103) 및 퍼지 채널(104)이 개설되고, 제1 분기 채널(102), 제2 분기 채널(103) 및 퍼지 채널(104)은 모두 제1 채널(101)과 연통한다. 일 예시에 있어서, 제1 분기 채널(102), 제2 분기 채널(103) 및 퍼지 채널(104)은 모두 흡기 구조(10) 측벽 원주 방향 상의 상이한 지점에, 동일한 높이에 위치한다. 샤워판 상표면에는 절연 블록 밀봉 홈(112)이 개설되고, 절연 부재(11)와 샤워판 사이는 절연 블록 밀봉 홈(112) 내의 밀봉 고리에 의해 밀봉된다. 흡기 구조(10) 하표면에는 흡기 매니폴드 밀봉 홈(105)이 개설되고, 흡기 구조(10)와 절연 블록의 사이는 흡기 매니폴드 밀봉 홈(105)의 밀봉 고리에 의해 밀봉된다.

전구체(A)는 제1 분기 채널(102)을 통해 제1 채널(101)로 유입되고, 전구체(B)는 제2 분기 채널(103)을 통해 제1 채널(101)로 유입되며, 현재 전구체(A)와 (B)가 반응 챔버에 유입된 후 챔버 본체(3)의 공정 반응 영역(31)으로 진입한다. 공정 반응 영역(31)에서 전구체(A)는 기판 표면에 흡착된다. 이어서, 불활성 가스는 퍼지 채널(104)을 거쳐 제1 채널(101)로 유입되고, 흡기 분리 구조, 중간 채널(111) 및 샤워판을 거쳐 공정 반응 영역(31)으로 유입되며, 나머지 전구체(A)를 퍼지한다. 마지막으로 RF 생성기(22)가 가동되고 전구체(B)의 플라즈마를 생성하며, 플라즈마는 기판 표면의 전구체(A)와 반응하여 박막을 형성한다. 상기 언급된 단계는 공정 전반에 걸쳐 연속적으로 반복되며, 박막이 공정에 필요한 두께에 도달할 때까지 기판 상에서 반복적으로 박막이 증착된다.

본 발의 다른 실시예에 있어서, 전술한 실시예의 반응 챔버를 포함하는 원자층 증착 디바이스, 더욱 상세하게는 정전 용량 플라즈마 강화형 원자층 증착 디바이스를 제공한다.

상기 구체적인 실시예는 본 발명의 목적, 기술적 해결책 및 유익한 효과를 더욱 상세히 설명하기 위한 것이며, 상기 내용은 본 발명의 구체적인 실시예일뿐이므로 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 이해해야 한다. 본 발명의 사상 및 원칙 내에서 이루어진 모든 수정, 동등한 대체, 개선 등은 본 발명의 보호 범위에 포함되어야 한다.

또한 실시예에 사용된 "상", "하", "전", "후", "좌", "우" 등과 같은 방향 용어는 첨부 도면의 방향일 뿐이므로 본 발명의 보호 범위를 제한하지 않는다. 도면 전체에서 동일한 요소는 동일하거나 유사한 참조 부호로 표시된다. 본 발명의 이해에 혼동을 줄 수 있는 경우, 종래의 구조 또는 구성은 생략한다.

공지된 반대 의미가 없는 한, 본 명세서 및 첨부된 특허 청구 범위의 수치 매개변수는 근사값으로, 본 발명의 내용을 통해 획득되는 필요한 특성에 따라 변경될 수 있다. 구체적으로, 조성물의 함량, 반응 조건 등을 나타내기 위해 명세서 및 청구 범위에 사용된 모든 숫자는, 모든 상황에서 "약"이라는 용어에 의해 수정된 것으로 이해되어야 한다. 일반적으로 그 표현의 함의는 특정 수량의 일부 실시예에서 ±10%의 변화, 일부 실시예에서 ±5%의 변화, 일부 실시예에서 ±1%의 변화, 일부 실시예에서 ±0.5%의 변화를 지칭한다.

또한 "포함"이라는 용어는 청구 범위에 나열되지 않은 요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다. 요소 앞의 "하나" 또는 "한 개"라는 용어는 이러한 여러 요소의 존재를 배제하지 않는다.

명세서 및 청구 범위에 사용된 "제1", "제2", "제3" 등과 같은 서수는 해당 요소를 수식하는 데 사용되며, 그 자체는 해당 요소에 임의 서수가 있다는 것을 의미하거나 나타내지 않는다. 특정 요소와 다른 요소의 순서, 또는 제조 방법 상의 순서를 나타내지도 않고, 이러한 서수의 사용은 특정 이름을 가진 요소를 다른 동일 이름을 가진 요소와 명확하게 구분하기 위해서만 사용된다.

유사하게, 본 발명을 간명하게 설명하고 각 개시 측면에서의 하나 이상에 대한 이해를 돕기 위하여, 상기에서는 본 발명의 예시적 실시예의 설명에서, 본 발명의 각 특징이 종종 단일 실시예, 도면, 또는 이에 대한 설명에서 함께 그룹화된다는 점을 이해해야 한다. 그러나 보호를 청구하는 본 발명이 각 청구항에 명시된 특징보다 더 많은 특징에 대한 보호를 청구하려는 의도가 있는 것으로 상기 개시된 방법을 이해하여서는 안 된다. 보다 정확하게는, 다음의 청구 범위에 반영된 바와 같이, 개시된 측면은 이전에 개시된 단일 실시예의 모든 특징보다 적다. 따라서 구체적인 실시예를 따르는 청구 범위는 여기에서 명확하게 상기 구체적인 실시예로 통합되며, 그 중 각 청구항 자체는 모두 본 발명의 단독 실시예로 사용된다.

[종래 기술]
100- 반응 챔버, 200- 샤워판, 300- 흡기관, 400- 흡기구.
[본 발명]
10- 흡기 구조, 101- 제1 채널, 102- 제1 분기 채널, 103- 제2 분기 채널, 104- 퍼지 채널, 105- 흡기 매니폴드 밀봉 홈,
11- 절연 부재, 111- 중간 채널, 112- 절연 블록 밀봉 홈,
12- 흡기 분리 구조, 120,120'- 흡기 구멍, 121- 제1 흡기 구멍, 122- 제2 흡기 구멍, θ- 소정의 협각,
2- 상부 전극판, 21- 제2 채널, 22-RF 생성기,
3- 챔버 본체, 31- 공정 반응 영역, 32- 공정 영역 균일 유동 그리드, 33- 지지 베이스.

Claims

상부 전극 어셈블리에 있어서,
흡기 구조 및 상부 전극판을 포함하고,
상기 흡기 구조에는 제1 채널이 개설되고, 상기 상부 전극판에는 제2 채널이 개설되고, 여기에서 상기 제1 채널은 공정 가스를 상기 제2 채널로 도입하는 데 사용되고, 상기 제2 채널은 공정 가스를 반응 챔버로 도입하는 데 사용되고,
흡기 분리 어셈블리를 더 포함하고, 상기 흡기 분리 어셈블리는 상기 상부 전극판과 상기 흡기 구조 사이에 설치되고, 상기 제1 채널 내의 공정 가스를 상기 제2 채널에 도입하는 동시에, 상기 제1 채널의 내벽과 상기 제2 채널의 내벽을 전기적으로 절연시키는 데 사용되고,
상기 흡기 분리 어셈블리는,
상기 상부 전극판과 상기 흡기 구조 사이에 설치되고, 상기 상부 전극판과 상기 흡기 구조를 전기적으로 절연시키는 데 사용되는 절연 부재-상기 절연 부재 내에 중간 채널이 설치되고, 상기 중간 채널은 각각 상기 제1 채널 및 제2 채널과 연통함-; 및
상기 중간 채널 내에 설치되고, 상기 제1 채널의 내벽과 상기 제2 채널의 내벽을 전기적으로 절연시키는 데 사용되는 흡기 분리 구조를 포함하고,
상기 흡기 분리 구조는 적어도 하나의 흡기 구멍을 포함하고,
상기 흡기 분리 구조는 적어도 2세트의 흡기 구멍을 포함하고, 각 세트의 흡기 구멍은 적어도 하나의 흡기 구멍을 포함하고,
적어도 한 세트 내의 흡기 구멍의 축선은 상기 중간 채널의 축선과 서로 평행하고,
상기 적어도 한 세트와 다른 적어도 한 세트 내의 흡기 구멍의 축선은 상기 중간 채널의 축선 사이에 소정의 협각이 형성되는 것을 특징으로 하는 상부 전극 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 흡기 구멍은 복수개이고, 복수개의 상기 흡기 구멍은 상기 중간 채널의 축선을 중심으로 하는 적어도 하나의 원주 상에 분포하거나, 또는 복수개의 상기 흡기 구멍은 상기 중간 채널의 반경방향 단면에 대해 어레이로 배열되는 것을 특징으로 하는 상부 전극 어셈블리.
제1항에 있어서,
상이한 흡기 구멍 세트 중의 흡기 구멍들은 반경방향 단면 형상이 서로 다른 것을 특징으로 하는 상부 전극 어셈블리.
제3항에 있어서,
상기 흡기 분리 구조는 2세트의 흡기 구멍을 포함하고, 이는 각각 제1세트 흡기 구멍과 제2세트 흡기 구멍이고,
여기에서 상기 제1세트 흡기 구멍 내의 흡기 구멍은 복수개이고, 상기 중간 채널의 축선을 중심으로 반경이 다른 적어도 2개의 제1 원주 상에 분포하고, 각 상기 제1세트 흡기 구멍 내의 흡기 구멍은 원형 통공이고,
상기 제2세트 흡기 구멍 내의 흡기 구멍은 복수개이고, 상기 중간 채널의 축선을 중심으로 하는 제2 원주 상에 분포하고, 상기 제2세트 흡기 구멍 내의 각 흡기 구멍은 직사각형 통공이고, 상기 직사각형 통공의 반경방향 단면 형상의 길이 방향은 상기 제2 원주의 반경 방향을 따라 설치되는 것을 특징으로 하는 상부 전극 어셈블리.
제4항에 있어서,
상기 제1세트 흡기 구멍 내의 흡기 구멍이 위치한 제1 원주의 반경이 클수록 상기 흡기 구멍의 직경이 큰 것을 특징으로 하는 상부 전극 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 소정의 협각 범위는 30도 내지 89도인 것을 특징으로 하는 상부 전극 어셈블리.
제3항에 있어서,
상기 소정의 협각 범위는 30도 내지 89도인 것을 특징으로 하는 상부 전극 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 흡기 구멍은 원형 통공이고, 상기 원형 통공 직경의 범위는 0.5mm 내지 4mm인 것을 특징으로 하는 상부 전극 어셈블리.
제4항에 있어서,
상기 원형 통공 직경의 범위는 0.5mm 내지 4mm인 것을 특징으로 하는 상부 전극 어셈블리.
제4항에 있어서,
상기 직사각형 통공 직경의 반경방향 단면 면적의 범위는 1mm² 내지 20mm²인 것을 특징으로 하는 상부 전극 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 상부 전극판은 샤워판이고, 상기 샤워판에는 분사공이 개설되고, 상기 흡기 구멍의 축선은 상기 분사공의 축선과 서로 엇갈리는 것을 특징으로 하는 상부 전극 어셈블리.
제3항에 있어서,
상기 상부 전극판은 샤워판이고, 상기 샤워판에는 분사공이 개설되고, 상기 흡기 구멍의 축선은 상기 분사공의 축선과 서로 엇갈리는 것을 특징으로 하는 상부 전극 어셈블리.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 상부 전극 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응 챔버.
제13항에 따른 반응 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 디바이스.
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