KR102619482B1 - 막 증착 공정에서의 정상 펄스 프로파일의 변형 - Google Patents

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Abstract

기판 상에 재료를 균일하게 성장하는 것을 제어하기 위한 장치 및 공정이 개시되며, 이는 반응기의 반응 공간 내로 복수의 펄스화된 전구체 흐름을 유도하여 기판 상에 박막을 증착시킨다. 각각의 펄스화된 흐름은 제1 펄스화된 서브 흐름과 제2 펄스화된 서브 흐름의 조합이되, 제2 펄스화된 서브 흐름의 펄스 프로파일은 제1 펄스화된 서브 흐름의 펄스 프로파일 후반부의 적어도 일부와 중첩한다.

Description

막 증착 공정에서의 정상 펄스 프로파일의 변형{NORMAL PULSE PROFILE MODIFICATION IN A FILM DEPOSITION PROCESS}
본 발명은 기판 상에 재료의 성장을 제어하는 것에 관한 것으로, 특히 막 증착 공정 동안에 기판 상에 재료의 균일하고 신속한 성장을 제어하는 장치 및 공정에 관한 것이다.
박막 증착은 기판 상에 재료를 성장시켜 재료를 증착하는 데 사용된다. 생성된 기판은 마이크로전자뿐만 아니라 다른 분야에서 널리 사용된다. 잘 알려진 박막 증착 기술 두 가지는 원자층 증착(ALD)과 화학 기상 증착(CVD)이다. 각각의 기술에서, 전형적으로 가스 형태인 하나 이상의 반응물(전구체)은 기판 상에 원하는 막 또는 층을 반복 성장시키는 반응기 내에 공급된다. ALD의 정상 작동 동안에, 전구체는 반응기 내로 펄스화되고, 각각의 전구체 펄스는 이용 가능한 표면 상의 유한한 개수의 반응성 부위와 반응한다. 일단 모든 반응성 부위를 다 사용하면, 성장은 멈춘다. 반응기 내의 나머지 전구체 분자는 퍼지 가스와 함께 플러싱된 후, 다음 전구체가 반응기에 전달된다. 제1 및 제2 전구체를 교번적으로 도입함으로써, 박막은 기판 상에 증착된다. ALD 공정을 설명하는 경우, 각각의 전구체에 대해 투입 시간(표면이 전구체에 노출되는 시간)과 퍼지 시간(전구체가 반응 챔버를 배기하기 위해 투입 사이 사이에 걸리는 시간)을 참조한다. 이원 ALD 공정의 투입-퍼지-투입-퍼지 순서는 ALD 사이클을 구성한다.
ALD 공정 내에서, 전구체의 펄스 프로파일은 최종 층에 영향을 끼치는 것으로 알려져 있다. 펄스 프로파일은, 펄스의 지속 시간 동안에 단위 시간 당 전달되는 반응물의 양을 지칭한다. 각 펄스 내에 전달된 반응물의 양은 유속 및/또는 농도의 함수일 수 있고, 즉 전구체의 양은 (캐리어 가스가 사용되는 경우) 캐리어 가스 내 전구체의 농도 및/또는 체적 유량에 의존할 수 있다. 공지된 방법에서, 전구체의 유량은 일정하며, 펄스 프로파일은 전형적으로 펄스의 선행 에지에서 고농도 스파이크를 나타내고 이어서 농도는 급격히 작아진다. 이는 기판의 막에 불균일성을 초래하며, 즉 각각의 펄스에 의해 생성된 층은 선행 에지에서 더 두껍고 후행 에지에서 더 얇은 경향이 있다. 따라서, ALD와 같은 박막 공정에서, 보다 균일한 막 증착 두께를 제공하기 위한 공정이 요구된다.
본 발명의 일 양태에 따라, 본 발명자는 기판 상에 박막의 균일하고 신속한 성장을 제어하기 위한 장치 및 공정을 개발하였다. 일 양태에서, 기판 상에 박막을 증착하기 위한 방법을 제공하며, 상기 방법은, 상기 기판 상에 상기 박막을 증착하기 위해 반응기의 반응 공간 내에 복수의 펄스화된 흐름을 유도하는 단계를 포함하고, 각각의 펄스화된 흐름은 제1 펄스 서브 흐름과 제2 펄스 서브 흐름의 조합을 포함하되, 상기 제2 펄스 서브 흐름의 펄스 프로파일은 상기 제1 펄스 서브 흐름의 펄스 프로파일의 후반부의 적어도 일부와 중첩한다. 펄스 프로파일 전체에 걸쳐 보다 균일한 분포과 공지된 방법에 비해 펄스화된 흐름의 후행 말단을 향해 더 많은 양의 전구체를 제공함으로써, 보다 균일한 박막의 증착을 제공한다.
다른 양태에 따라, 기판 상에 박막을 증착하기 위한 시스템이 제공되며, 상기 시스템은,
반응 공간을 내부에 정의하는 반응기;
상기 반응기와 상기 반응 공간과 유체 연통하며 상기 반응기 이전에 서로 교차하는 제1 경로와 제2 경로;
상기 제1 경로와 상기 제2 경로와 유체 연통하고 이를 통해 전구체를 전달하기 위한 적어도 하나의 전구체 공급원;
상기 제1 및 제2 경로 각각을 통해 상기 전구체의 흐름을 제어하여 상기 전구체의 복수의 펄스화된 흐름을 상기 반응 공간으로 유도하도록 구성된 제어기(각각의 펄스화된 흐름은 상기 제1 경로 및 상기 제2 경로를 통해 개별적으로 흐르는 제1 펄스화된 서브 흐름과 제2 펄스화된 서브 흐름의 조합을 포함함)를 포함하되,
상기 제2 펄스화된 서브 흐름의 펄스 프로파일은 상기 제1 펄스화된 서브 흐름의 펄스 프로파일 후반부의 적어도 일부와 중첩한다.
본 명세서는 본 발명의 구현예로 간주되는 것을 특별히 지적하고 명백하게 주장하는 청구범위로 결론을 내지만, 본 개시의 구현예의 장점은 첨부한 도면과 관련하여 읽을 때 본 개시의 구현예의 특정 예의 설명으로부터 더욱 쉽게 확인될 수 있고, 도면 중:
도 1은 본 발명의 일 양태에 따라 기판 상에 박막을 증착하기 위한 시스템의 구성 요소의 개략도이다.
도 2는 박막 증착에서 이용되는 정상 펄스 흐름의 펄스 프로파일을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 양태에 따라 박막 증착에 이용되는 펄스 흐름의 펄스 프로파일을 나타낸다.
특정 구현예 및 실시예가 아래에 개시되었지만, 당업자는 본 발명의 양태가 구체적으로 개시된 구현예 및/또는 본 발명의 용도 및 이들의 명백한 변형물 및 균등물을 넘어 확장된다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 발명의 범주는 후술되고 구체적으로 개시된 구현예에 의해 제한되지 않도록 의도된다. 박막 기술의 상이한 응용 분야는 이와 연관된 재료에 대해 상이한 품질 및 결과 요건을 갖는다. 특정 응용 분야의 특정 요구에 따라 박막을 성장시킬 수 있는 시스템이 바람직하다. 또한, 이미 기존 구성 요소를 가능한 한 사용할 수 있도록 현재의 시스템으로부터 최소한의 변형을 포함하는 이런 시스템을 생성하는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 일 양태에 따라 박막 증착 공정을 수행하기 위한 시스템(10)을 나타낸다. 시스템(10)은, 전구체 공급원(12), 공급 경로(14), 및 반응 공간(18) 내에 배치된 기판(미도시) 상에 박막을 증착하기 위한 반응 공간(18)을 내부에 정의한 반응기(16)를 포함한다. 전구체(20)의 양은, 후술하는 바와 같이, 초기에 공급원(12)으로부터 공급 경로(14) 내로, 그리고 최종 반응 공간(18)으로 전달된다. 하나 이상의 제어기(25)가 시스템(10)에 또한 제공되며, 반응기(16)로의 전구체(20) 또는 임의의 다른 가스의 전달을 제어하기 위해, 시스템(10) 내의 유체 경로, 예를 들어 경로(14, 32, 34, 50)와 연관된 하나 이상의 센서, 밸브 또는 기타와 전기적으로 통신한다.
또한, 특정 구현예에서, 시스템(10)은, 필요시 반응 공간(18)에 퍼지 가스(24)를 전달하기 위한 공급 경로(14)와 유체 연통하는 퍼지 가스 공급원(22)을 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이 "유체 연통"은, 유체, 예를 들어 가스가 임의의 다른 구성 요소와의 조합 유무에 상관 없이, 제1 위치에서 제2 위치로 직접 또는 간접적으로 흐르는 것을 의미한다. 따라서, A가 B와 유체 연결되는 경우, 예를 들어 가스의 흐름이 A에서 흘러 B에 도달하고, 임의의 다른 가스와 조합될 수도 있고 조합되지 않을 수도 있음을 의미한다. 특정 구현예에서, 퍼지 가스(24)는, 전구체(20)를 반응기(18)로 전달하기 이전에, 전구체(20)용 캐리어 가스로서 전구체 공급원(12)으로 전환될 수도 있다. 캐리어/퍼지 가스(24) 전달의 제어는, 나타낸 바와 같이 제어기(25)와 밸브(26, 28)를 통해 수행될 수 있다. 전구체 공급원(12)에서 공급 경로(14)로 전구체(20)를 전달하는 것은, 나타낸 바와 같이 제어기(25) 및 하나 이상의 밸브, 예를 들어 밸브(30)를 통해 초기에 수행될 수 있다.
도 1을 계속 참조하면, 전구체 공급원(12)으로부터의 전구체(20)의 흐름은, 반응기(16) 내로 들어가기 직전에 결합되는 두 개 이상의 서브 흐름(제1 펄스화된 서브 흐름 및 제2 펄스화된 서브 흐름)으로 분할된다. 이를 수행하기 위해, 공급 경로(14)는 두 개의 경로로 분할되어 제1 경로(32) 및 제2 경로(34)를 정의할 수 있으며, 이들 각각은 공급 경로(14)의 연속 경로이다. 제1 펄스화된 서브 흐름(36)은 제1 경로(32)를 통해 흐르고, 제2 펄스화된 서브 흐름(38)은 제2 경로(34)를 통해 흐른다. 제1 및 제2 서브 흐름(36, 38)에 대해 "제1" 및 "제2"는, 서브 흐름(36, 38)이, 제2 펄스화된 서브 흐름(38) 이전에 제1 펄스화된 서브 흐름(36)이 반응기(18)로 진입하도록, 반응기(18)에 들어가는 순서를 의미한다. 다른 방식으로, 아래 논의되는 (조합된) 펄스 흐름(48)에서, 제1 펄스화된 서브 흐름(36)은 (조합된) 펄스 흐름(48)의 제1 부분을 구성하고, 제2 펄스화된 서브 흐름(38)은 (조합된) 펄스 흐름의 제2 부분(하류 또는 후행 말단부)을 구성한다.
나타낸 바와 같이, 하나 이상의 밸브, 예를 들어 밸브(40, 42)는, 제1 경로(32)를 통한 전구체(20)의 흐름의 개방, 폐쇄 및/또는 제한을 허용하기 위해, 공급 경로(14) 및/또는 제1 경로(32)와 연관될 수 있다. 또한, 제2 경로(34)는, 제2 경로(34)를 통해 전구체(20)의 흐름을 개방, 폐쇄 및/또는 제한하기 위해, 하나 이상의 밸브, 예를 들어 밸브(44)를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 본원에 설명된 임의의 하나 이상의 밸브는, 각각의 밸브(들)를 수용하고 각각의 경로, 예를 들어 경로(14, 32, 34, 및/또는 50)와 연관된 질량 흐름 제어기를 포함할 수 있다.
전구체 공급원(20)으로부터, 제1 경로(32)와 제2 경로(34)를 통한 전구체(20)의 흐름은 교차점(46)에서 만나고 경로(50)를 통해 반응기(16)의 반응 공간(18)으로 (조합된) 펄스 흐름(48)을 전달한다. 후술되는 바와 같이, 제1 펄스화된 서브 흐름(36)과 제2 펄스화 서브 흐름(38)의 각각은 펄스 프로파일(단위 시간 당 반응물의 양)을 포함하고, 따라서 조합된 펄스 흐름(48)은 제1 및 제2 펄스화된 서브 흐름(36, 38)의 펄스 프로파일의 합인 (조합된) 펄스 프로파일(58)을 포함한다.
도 1은 단일 전구체 반응물의 복수의 펄스화된 흐름에 대한 펄스 프로파일을 제어하기 위한 시스템을 예시한다. 그러나, 하나 이상의 전구체가 시스템(10)에 제공될 수 있고, 따라서 시스템(10)은 공급 경로(14) 내로 공급할 수 있는 추가적인 전구체 공급원(12)을 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 펄스화된 서브 흐름(36, 38)이 단일 전구체 공급원(12)으로부터 유래되는 것으로 나타나 있지만, 본원에서 설명된 시스템 및 공정은 또한 그렇게 제한되지 않는다. 특정 구현예에서, 하나 이상의 전구체 공급원이 제공될 수 있고, 예컨대 제1 펄스화된 서브 흐름(36)용 전구체를 공급하기 위한 제1 전구체 공급원과 제2 펄스화된 서브 흐름(38)용 전구체를 공급하기 위한 제2 전구체 공급원(제1 전구체 공급원과 독립적)이다. 이와 같이, 예시된 시스템(10)의 구성 요소 중 임의의 것이 반응기(16)에 추가적인 전구체를 제공하기 위해 필요하면 복제될 수 있다.
시스템(10)에 사용되는 전구체(20)는, 기판 상에 원하는 박막을 형성하기 위해 하나 이상의 적절한 전구체를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 전구체(20)는 전이금속을 포함한다. 이용될 수 있는 예시적인 전이금속, 특히 전이금속 할라이드는 TiCl4, WF6, TaCl5, TaF5, MoCl5, MoFx, ZrCl4, 또는 HfCl4을 포함한다. 일 구현예에서, 하나 이상의 전구체(20)는 또한 실리콘을 포함할 수 있고, 그 대신 실리콘 할라이드, 예를 들어 SiCl4, 또는 유기 리간드를 갖는 실리콘 화합물, 이는 아미노 리간드, 예를 들어 비스(디메틸아미노)실란, 비스(디에틸아미노)실란, 비스(에틸메틸아미노)실란, 디-이소프로필아미노실란, 및/또는 헥사키스(에틸아미노)디실란을 포함할 수 있는 실리콘을 포함할 수 있다.
다른 구현예에서, 하나 이상의 전구체(20)는 또한 또는 그 대신 유기금속 종, 예를 들어 시클로펜타디에닐 또는 알킬 리간드, 예컨대 메틸 리간드를 포함한 전구체(들)를 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 하나 이상의 전구체(20)는 또한 또는 그 대신 금속유기 리간드, 예컨대 알킬아민 리간드, 예를 들어 티타늄, 하프늄 또는 지르코늄 알킬아미드 전구체를 포함할 수 있다. 또한, 전술한 전이금속과 함께 사용될 수 있는 다른 전구체(20)는 NH3, H2, H2O, H2O2, O2 및 O3를 포함할 수 있다. 또한, 질소, 산소 또는 수소 종을 함유한 플라즈마, 원자 또는 여기 종 및 라디칼도, 예를 들어 전술한 가스로부터 생성된 전구체(20)로서 사용될 수도 있다. 설명된 전구체에 더하여, 공정에서 활용되는 추가적인 가스는, 예를 들어 N2, He 또는 Ar과 같은 불활성 가스일 수 있다. 예시로서만, 특정 구현예에서, 전구체(20)는, 기판 상에 티타늄 나이트라이드 증착을 형성하기 위해, 반응기(16)에 별도로 제공되는 암모니아와 티타늄 클로라이드를 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 트리메틸알루미늄(TMA)은 기판 상에 알루미나 증착을 위해 다른 적절한 전구체(들)와 조합하여 사용될 수 있다.
추가적으로, 조합된 펄스 흐름(48) 중 선택된 것들 사이에서, 반응 공간(18)에서 임의의 남아 있는 전구체(20)는, 퍼지 가스 공급원(22)으로부터 반응 공간(18) 내로 퍼지 가스(24)를 도입함으로써, 제거될 수 있다. 특정 구현예에서, 각각의 조합된 펄스 흐름(48)이 반응 공간(18) 내로 도입된 후에, 퍼지 가스(24)가 반응 공간(18) 내로 도입된다. 퍼지(사이클)의 길이는, 반응 공간(18)으로부터 대상 전구체 물질을 효과적으로 제거하기 위한 임의의 양일 수 있다. 일 구현예에서, 퍼지는 0.1초 초과이나 약 5.0초 미만, 또는 0.1 초 초과이나 약 3.0초 미만, 또는 심지어 0.1초 초과이나 약 2.0초 미만의 시간 동안 행해진다. 퍼지 가스(24)는 질소 등과 같은 임의의 적절한 가스를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 각각의 개별 (조합된) 펄스 흐름(48)에 대한 펄스 프로파일은, 공지된 방법에 비해 박막 증착 공정, 예를 들어 ALD에 의해 재료의 더욱 균일한 증착을 초래하도록 제어된다. 이제 도 2를 참조하면, 정상적인 펄스 프로파일이 나타나 있다. 나타낸 바와 같이, 정상 펄스 프로파일(52)에서, 전구체의 양은 프로파일(52)의 우측 선행(전방) 에지(54)에서 최대치를 포함하고, 그 후, 이의 후행 에지(56)를 향해 전구체 양이 급격히 작아진다. 도 2에서, x 축은 펄스화된 흐름의 지속 시간을 나타내고 y 축은 펄스 흐름의 양, 예를 들어 부분 압력을 나타낸다.
추가로 설명하기 위해, 도 2에 나타낸 프로파일 형상은 TMA 또는 H2O와 같이, 실온에서 실질적인 증기압을 갖는 전구체를 이용하는 ALD 공정에서 발생할 수 있다. 또한, 비교적 짧은 퍼지 시간을 갖는 공정에서, 도 2에 나타낸 부분 압력 피크는, 전구체를 공급하는 밸브(들)를 개방한 직후에 자주 나타난다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 부분 압력이 높은 이들 전구체 펄스는 바람직하지 않은 입자 형성 및 불균일한 기생 막의 성장뿐만 아니라 기판 상의 불균일한 증착을 야기할 수 있다. 본원에 설명된 장치 및 공정에 의해 기술된 바와 같이 시간 경과에 따라 공급된 전구체의 부분 압력의 변경을 통해, 반응 공간 내의 전구체의 부분 압력에 대한 개선된 제어가 달성될 수 있고 보다 균일한 박막 증착이 제공될 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같은 프로파일을 갖는 펄스 흐름을 포함한 시스템 및 공정의 결함을 극복하기 위해, 본원에 설명된 장치 및 공정은, 제1 펄스화된 서브 흐름과 제2 펄스화된 서브 흐름으로부터 조합된 펄스 흐름을 제공하고, 각각은 본원에서 설명하는 바와 같이 펄스 프로파일(단위 시간(x 축) 당 전구체의 양(y 축))을 갖는다. 일 구현예에서, 각각의 펄스 프로파일(58, 60, 62)에 대한 전구체의 양은 전구체(20)의 부분 압력으로서 제공된다. 도 2에서의 펄스화된 흐름의 프로파일과 대조적으로, 본 발명의 양태는, ALD 공정과 같은 박막 증착 공정에서 실질적으로 보다 균일한 재료의 분포를 초래하는 프로파일을 갖는 펄스 흐름을 전달한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 (조합된) 펄스 흐름(48)용 펄스 프로파일(58)이 제공되고, 이는, 제1 펄스화된 서브 흐름(36)에 대한 펄스 프로파일(60)과 제2 펄스화된 서브 흐름(38)에 대한 펄스 프로파일(62)의 조합을 포함한다. (조합된) 프로파일(58)에서, 제2 펄스화된 서브 흐름(38)에 대한 펄스 프로파일(62)은, 제1 펄스화된 서브 흐름(36)의 펄스 프로파일(60)의 후반부(64)의 적어도 일부와 중첩한다. 이러한 방식으로, 각각의 (조합된) 펄스 흐름(48)에 대해, 전구체(20)의 농도는, 도 2에 나타낸 정상 펄스 프로파일(52)에 비해 (조합된) 프로파일(58)의 후행 에지(56)를 향해 증가한다. 이들 파라미터를 피팅하기 위한 펄스 프로파일(58)에 대해 다수의 프로파일 형상이 가능하고, 따라서 펄스 프로파일(58)은 도 3에 도시된 형상으로 제한되지 않는다.
특정 구현예에서, 도 3에 또한 나타낸 바와 같이, 최대치(최대량), 예를 들어 제2 펄스화된 서브 흐름(38)의 펄스 프로파일(62)에서의 C2최대는, 최대치(최대량), 예를 들어 제1 펄스화된 서브 흐름(36)의 펄스 프로파일(60)에서의 C1최대보다 더 크지만, 본 발명은 그렇게 제한되지 않는다. 일 구현예에서, 제2 펄스화된 서브 흐름(38)의 펄스 프로파일(62)에서의 전구체 최대치(C2최대)는, 제1 펄스화된 서브 흐름(36)의 펄스 프로파일(60)에서의 최대치(C1최대)보다 적어도 10% 그리고 특정 구현예에서 20% 더 크다. 다른 구현예에서, 제1 펄스화된 서브 흐름(36)은 제2 펄스화된 서브 흐름(38)(C2최대)보다 더 큰 최대치(C1최대)를 포함할 수 있다. (제1 또는 제2 서브 흐름에서 더 큰 최대치인) 경우에서, 서브 흐름(36, 38)을 조합함으로써, 전구체(20)의 농도는, 유리하게도 도 2에 나타낸 전형적인 펄스 프로파일(52)에 비해 (조합된) 프로파일(58)의 후행 에지(56)를 향해 증가한다.
일 양태에 따라, 본원에 설명된 펄스 프로파일(58)은, 원하는 프로파일 형상을 생성하는 임의의 적절한 공정에 의해 형성될 수 있다. 조합된 프로파일(58)의 원하는 형상을 달성하기 위해서는, 제2 펄스화된 서브 흐름(38)이 제1 펄스화된 서브 흐름(36)에 비해 시간적으로 뒤에 교차점(46)에 도달하여 조합된 흐름(48) 및 조합된 프로파일(58)을 달성할 수 있도록 한다. 이 목적을 달성하기 위해, 일 구현예에서, 제1 펄스화된 서브 흐름(36)은 제1 경로(32)를 통해 전달되고, 제2 펄스화된 서브 흐름(38)은 제2 경로(34)를 통해 반응 공간(18)으로 전달되고, 제1 경로(32)와 제2 경로(34)의 컨덕턴스는 상이하다. 이 컨덕턴스 차이는 임의의 다른 적절한 구조 또는 공정에 의해 달성될 수 있고, 제어기(25), 밸브(26, 28, 30, 40, 42, 44) 등을 통해 제1 펄스화된 서브 흐름(34) 및/또는 제2 펄스화된 서브 흐름(36)의 유량률(flow rate)(질량 또는 체적 기준)을 조절하는 단계; 제1 경로(32)와 제2 경로(34)에 대해 상이한 경로 길이를 제공하는 단계; 제1 경로(32)와 제2 경로(34)에 대해 상이한 단면을 제공하는 단계; 및/또는 임의의 다른 적절한 방법 또는 구조물을 포함하나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 본원에서 설명된 바와 같은 조합 프로파일(58)을 달성하기 위해서, 특정 구현예에서, 더 많은 양의 전구체(20)가 제1 펄스화된 서브 흐름(38)에 비해 제2 펄스화된 서브 흐름(38)에 존재한다. 이 효과는 또한 임의의 적절한 구조물 또는 공정에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 일 구현예에서, 제2 펄스화된 서브 흐름(38)은 제1 펄스화된 서브 흐름(36)의 것보다 큰 질량 흐름으로 반응 공간(18)에 전달된다. 다른 구현예에서, 질량 유량률은 동일하거나 실질적으로 유사할 수 있고(5% 이하의 차이), 제2 펄스화된 서브 흐름(38)의 펄스 프로파일(62)은, 제1 펄스화된 서브 흐름(36)에 비해 단위 시간 당 더 많은 양의 전구체(20)를 제2 펄스화된 서브 흐름(38)에 전달함으로써 제공된다.
일 양태에 따라, 제1 펄스화된 서브 흐름(36)의 펄스 프로파일(60)과 제2 펄스화된 서브 흐름(38)의 펄스 프로파일(62)은, 임의의 적절한 지속 시간 형태일 수 있다. 일 구현예에서, 제2 펄스화된 서열 흐름(38)은 제1 펄스화된 서브 흐름(36)에 비해 더 짧은 지속 시간 동안에(짧은 시간 이내에) 제공되고, 따라서 제2 펄스화된 서브 흐름(38)의 펄스 프로파일(62)은 제1 펄스화된 서브 흐름(36)의 펄스 프로파일(60)보다 짧을 수 있다. 특정 구현예에서, 제1 프로파일(60)은 10 ms 내지 10,000 ms의 지속 시간을 가질 수 있고, 펄스 프로파일(62)은 10 ms 내지 10,000 ms의 지속 시간을 가질 수 있다. 따라서, 일 구현예에서, 조합된 펄스 프로파일(58)은 10 ms 내지 10,000 ms의 총 지속 시간을 가질 수 있다. 상기 참조된 (농도) 최대치 c1최대 및 c2최대는 t2 - t1로 정의된 시간 간격 Δt에 의해 분리되어 있다. 일 구현예에서, t2 - t1의 Δt는 10 ms 내지 1000 ms, 10 ms 내지 200 ms, 10 ms 내지 100 ms, 또는 특정 구현예에서 10 ms 내지 50 ms일 수도 있다.
다른 양태에 따라, 특정 구현예에서, 하나의 펄스화된 서브 흐름(36, 38)에서 전구체(20)의 전체 양(예, 부분 압력)의 50% 이하가 펄스화된 서브 흐름 지속 시간의 제1 절반 동안에 반응 공간(18)에 도입되도록, 각각의 펄스화된 서브 흐름(36, 38)을 추가로 제어할 수 있다. 다른 구현예에 따라, 각각의 펄스화된 서브 흐름(36, 38)은, 선택된 서브 흐름(36, 38)에서 전구체(20)의 전체 양(예, 부분 압력)의 30% 미만, 25% 미만, 및 심지어 20% 미만이 펄스 서브 흐름 지속 시간의 제1 절반 동안에 반응 공간(18)에 도입되도록, 제어된다.
(조합된) 펄스 프로파일(58)에 영향을 미치는 전구체(20)의 흐름 또는 임의의 다른 파라미터를 제어하기 위한 제어기(25)는 임의의 적절한 컴퓨터 장치를 포함할 수 있고, 이는 본원에서 설명된 바와 같은 공정의 임의의 단계를 수행하기 위해 특별히 프로그래밍된 메모리 및 마이크로프로세서를 적어도 포함한다. 특정 구현예에서, 하나 이상의 제어기(25)가 제공될 수 있다. 제어기(25)는, 본원에서 설명하는 경로(14, 32, 34, 50) 중 임의의 것에 제공된 밸브(26, 28, 40, 40, 42, 44) 등과 같이, 전구체(20) 및/또는 퍼지 가스(24)의 압력 및/또는 흐름을 제어하기 위한 시스템(10)의 임의의 구성 요소와 (유선 또는 무선) 통신할 수 있다. 이 방식으로, 제어기(25)는 본원에 설명된 밸브 중 임의의 것을 개방, 폐쇄, 또는 제한할 수 있어서, 반응 공간(12)에 전달된 전구체(20)의 타이밍 및 양, 그리고 (조합된) 펄스 프로파일(58)의 형상을 제어할 수 있다. 특정 구현예에서, 전술한 바와 같이, 본원에 설명된 경로 상의 임의의 밸브는 질량 흐름 제어기(MFC)를 포함할 수 있고, 이는 관련 경로와 연관되고 제어기와 유선 또는 무선 통신하고, 원하는 방식으로 정확하게 질량 또는 체적 유량률을 제어함에 있어서 제어기(25)를 보조한다. 제어기(25)는 MFC를 제어할 수 있어서, 원하는 펄스 프로파일을 달성하고, 프로그래밍하고, 사전 프로그래밍하고/하거나 제어할 수 있다.
본원에서 설명된 시스템 및 공정에서, 반응기(18) 및 전구체 공급원(12) 이외의 공급 라인, 밸브 및 구성 요소는 제한되지 않는다. 내부에 임의의 재료, 전구체(20) 및/또는 퍼지 가스(24)의 유입, 유출, 타이밍, 체적, 선택 및 흐름을 용이하게 하도록, 하나 이상의 유입구, 공급 라인(경로), 유출구, 펌프, 밸브, 유량 센서, 압력 센서, 농도 센터, 또는 (마이크로프로세서, 입력, 출력 및 메모리를 포함한) 컴퓨터 장치 등을 본원에 설명된 임의의 구현예 중 임의의 것에 포함시킬 수 있다.
개시된 본 발명의 구현예는, 본원에 개시된 특정 구조물, 공정 단계, 또는 재료에 제한되지 않으며, 당업자가 인지하는 것처럼 이의 균등물로 연장됨을 이해해야 한다. 본원에서 사용된 용어는, 단지 특정 구현예를 설명하기 위해 사용되는 것이고, 제한하려는 것이 아님을 또한 이해해야 한다.
본 명세서 전반에 걸친 참조를 통해 "하나의 구현예" 또는 "일 구현예"는 본 구현예와 관련하여 설명된 특정 특징부, 구조물 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 곳에서 "하나의 구현예에서" 또는 "일 구현예에서"의 문구 출현은 반드시 동일한 구현예를 지칭하지 않는다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 복수의 물품, 구조적 요소, 조성 요소, 및/또는 재료는 편의상 공통의 목록에 제시될 수 있다. 그러나, 이들 목록은, 상기 목록의 각 구성원이 개별적으로 별도의 고유 부재로 식별되는 것처럼 해석되어야 한다. 따라서, 이 목록의 개별 구성원은 대조의 표시 없이 공통 군에 있는 것에 기반하여 동일한 목록 내의 다른 임의의 구성원과 실제 균등한 것으로 해석되어서는 안된다. 또한, 본 발명의 다양한 구현예 및 예시는, 이의 다양한 구성 요소에 대한 대안과 함께 본원에서 참조될 수 있다. 이러한 구현예, 예시, 및 대안은 서로에 대해 실제 균등물로서 해석되어서는 안되며, 본 발명을 별도로 그리고 자율적으로 표현하는 것으로 간주해야 한다.
또한, 설명된 특징부, 구조물, 또는 특성은 하나 이상의 구현예에서 임의 적절한 방식으로 조합될 수 있다. 다음의 설명에서, 길이, 폭, 형상 등의 예시와 같이 다양한 특정 세부 사항을 제공하여 본 발명의 구현예에 대한 철저한 이해를 제공한다. 그러나, 당업자는, 본 발명이 특정 세부 사항 중 하나 이상 없이, 또는 다른 방법, 구성 요소, 재료 등과 함께 실시될 수 있음을 인지할 것이다. 다른 경우에 있어서, 잘 알려진 구조, 재료, 또는 작동은, 본 발명의 양태를 모호하게 하는 것을 피하기 위해 상세히 나타내거나 설명되지 않는다.
위에 설명된 본 개시의 예시적 구현예는 본 발명의 범주를 제한하지 않는데, 그 이유는 이들 구현예는 본 발명의 구현예의 예시일 뿐이기 때문이며, 이는 첨부된 청구범위 및 그의 법적 균등물에 의해 정의된다. 임의의 균등한 구현예는 본 발명의 범주 내에 있도록 의도된다. 확실하게, 본원에 나타내고 설명된 것 외에도, 설명된 요소의 대안적인 유용한 조합과 같이, 본 개시의 다양한 변경은 설명으로부터 당업자에게 분명할 수 있다. 이러한 변경예 및 구현예도 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.
부품 목록
10 시스템
12 전구체 공급원
14 공급 라인
16 반응기
18 반응 공간
20 전구체
22 퍼지 가스 공급원
24 퍼지 가스
25 제어기
26 밸브
28 밸브
30 밸브
32 제1 경로
34 제2 경로
36 제1 펄스화된 서브 흐름
38 제2 펄스화된 서브 흐름
40 밸브
42 밸브
44 밸브
46 교차점
48 조합된 흐름
50 조합된 경로
52 정상 펄스 프로파일
54 선행 에지
56 후행 에지
58 조합된 프로파일
60 펄스 프로파일
62 펄스 프로파일
64 후반부

Claims (22)

  1. 기판 상에 박막을 증착하는 방법으로서,
    상기 기판 상에 상기 박막을 증착하기 위해 반응기의 반응 공간 내에 전구체의 복수의 펄스화된 흐름을 유도하는 단계로서, 각각의 펄스화된 흐름은 동일한 전구체의 제1 펄스화된 서브 흐름과 제2 펄스화된 서브 흐름의 조합을 포함하는, 유도 단계를 포함하고,
    상기 제2 펄스화된 서브 흐름의 펄스 프로파일은 상기 제1 펄스화된 서브 흐름의 펄스 프로파일의 후반부의 적어도 일부와 중첩하여, 불균일한 펄스 프로파일을 갖는 조합된 펄스 흐름을 형성하고,
    상기 제1 펄스화된 서브 흐름의 펄스 프로파일에서 상기 전구체의 양은 상기 제1 펄스화된 서브 흐름의 지속 시간의 적어도 일부 동안에 감소하고, 상기 제2 펄스화된 서브 흐름의 펄스 프로파일에서 상기 전구체의 양은 상기 제1 펄스화된 서브 흐름에서 상기 전구체의 양이 감소하는 지속 시간 동안의 적어도 일부 동안 증가하며,
    상기 제2 펄스화된 서브 흐름의 펄스 프로파일은 상기 제1 펄스화된 서브 흐름의 펄스 프로파일이 종료된 후에 종료되는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유도 단계는, 상기 제1 펄스화된 서브 흐름의 것보다 더 큰 질량 유량률로 상기 제2 펄스화된 부분을 상기 반응 공간에 전달하는 단계를 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 펄스화된 서브 흐름이, 상기 제1 펄스화된 서브 흐름에 비해 더 짧은 시간 내에 제공되는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유도 단계는, 상기 제1 펄스화된 서브 흐름에서보다 상기 제2 펄스화된 서브 흐름에서 단위 시간 당 더 많은 양의 상기 전구체를 전달하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유도 단계는, 상기 제1 펄스화된 서브 흐름을 제1 경로를 통해 그리고 상기 제2 펄스화된 서브 흐름을 제2 경로를 통해 상기 반응 공간으로 전달하는 단계로 수행되며, 여기서 상기 제1 경로와 상기 제2 경로의 컨덕턴스는 상이한, 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 컨덕턴스의 차이는 경로 길이, 흐름 제한 정도, 또는 상기 제1 경로와 상기 제2 경로 사이의 단면 길이의 차이에 의해 제공되는, 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1 경로와 상기 제2 경로는, 상기 제1 펄스화된 서브 흐름과 상기 제2 펄스화된 서브 흐름을 위한 공통 반응물 공급원과 유체 연통하고, 상기 제1 경로와 상기 제2 경로는 상기 반응 공간 이전에 교차하여 각각의 펄스화된 흐름을 상기 반응 공간으로 전달하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 펄스화된 서브 흐름의 펄스 프로파일의 최대치가 상기 제1 펄스화된 서브 흐름의 펄스 프로파일의 최대치보다 더 큰, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 펄스화된 서브 흐름의 펄스 프로파일 최대치와 상기 제2 펄스화된 서브 흐름의 펄스 프로파일 최대치 사이에서, 시간 차이는 10 ms 내지 1000 ms인, 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제2 펄스화된 서브 흐름의 펄스 프로파일의 상기 전구체 최대치가 상기 제1 펄스화된 서브 흐름의 펄스 프로파일의 전구체 최대치보다 적어도 10% 더 큰, 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 복수의 펄스화된 흐름 중 선택된 이들 사이에서 퍼지 가스를 상기 반응 공간에 전달하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 펄스화된 서브 흐름 및 제2 펄스화된 서브 흐름 각각에서의 상기 전구체의 전체량의 50% 이하는 상기 제1 펄스화된 서브 흐름 및 제2 펄스화된 서브 흐름의 지속 시간의 제1 절반 동안에 상기 반응 공간에 도입되는, 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제2 펄스화된 서브 흐름의 펄스 프로파일의 적어도 일부는 상기 제1 펄스화된 서브 흐름의 펄스 프로파일과 중첩되지 않는 것인, 방법.
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