KR102652485B1 - 기판 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 상에 소스가스를 분사하여 상기 소스가스를 상기 기판의 패턴에 흡착시키는 단계; 상기 기판에 흡착되지 않은 소스가스를 공정 공간 외부로 배기하기 위해 상기 기판 상에 소스퍼지가스를 분사하는 단계; 상기 기판 상에 리액턴트가스를 분사하여 상기 리액턴트가스를 상기 기판의 패턴에 흡착된 상기 소스가스와 반응시키는 단계; 및 상기 소스가스와 반응하지 못한 상기 리액턴트가스를 상기 공정 공간 외부로 배기하기 위해 상기 기판 상에 리액턴트퍼지가스를 분사하는 단계를 포함하고, 상기 리액턴트가스를 상기 기판의 흡착된 상기 소스가스와 반응시키는 단계는, 리액턴트퍼지가스가 분사되기 전까지 상기 기판 상에 상기 리액턴트가스를 2회 이상 복수 회로 반복해서 분사하는 기판 처리 방법에 관한 것이다.

Description

기판 처리 방법{METHOD FOR PROCESSING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 상에 박막을 증착하는 기판 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 태양전지(Solar Cell), 반도체 소자, 평판 디스플레이 등을 제조하기 위해서는 기판 표면에 소정의 박막층, 박막 회로 패턴, 또는 광학적 패턴을 형성하여야 하며, 이를 위해서는 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 박막 증착 공정, 감광성 물질을 사용하여 박막을 선택적으로 노출시키는 포토 공정, 선택적으로 노출된 부분의 박막을 제거하여 패턴을 형성하는 식각 공정 등의 반도체 제조 공정을 수행하게 된다.
기판에 박막을 형성하거나 박막을 제거하는 공정은 기판 상에 특정 물질을 형성하기 위한 가스나 선별적으로 제거하기 위한 가스나 이에 상응하는 물질을 공급하여 이뤄진다. 특히 박막을 형성하는 공정은 특정 물질을 형성하기 위한 소스가스와 리액턴트가스를 공급하여 이뤄질 수 있으며, 이 경우 소스가스와 리액턴트가스는 기판 상에 동시에 공급되거나 시차를 두고 순차적으로 공급될 수 있다.
반도체 소자 제조 공정이 미세 공정으로 진입함에 따라서, 기판 표면에 형성된 미세 패턴에 균일한 박막을 형성하거나 패턴을 형성하기 위한 다양한 방법들이 적용되고 있고, 그 중에 한 방법이 원자층증착방법이다. 원자층증착방법(ALD, Atomic Layer Deposition)은 소스(Source) 가스와 리액턴트(Reactant) 가스의 반응으로 형성되는 박막을 기판 상에 형성하기 위해서, 소스가스와 리액턴트가스를 동시에 공급하지 않고, 소스가스와 리액턴트가스를 시차를 두고 공급하여 기판 표면에서의 반응만 유도하는 방법이다. 먼저 기판 상에 소스가스를 공급하여 소스가스가 기판의 표면에 흡착되도록 한 뒤, 나머지 소스가스는 퍼지가스를 이용하여 제거할 수 있다. 그 다음으로 기판 상에 리액턴트가스를 공급하여 기판 표면에 흡착된 소스가스와 반응하도록 한 뒤, 나머지 리액턴트가스는 퍼지가스를 이용하여 제거할 수 있다. 리액턴트가스를 공급하는 단계에서 소스가스와 리액턴트가스의 반응로 기판 표면에 원자층 또는 단일층의 박막을 형성하게 된다. 이런 절차를 원하는 두께까지 반복하여 기판 표면에 소정의 두께를 가진 박막을 형성할 수 있다.
도 1은 종래의 원자층증착방법을 이용한 기판 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 원자층증착방법은 기판 상에 소스가스(1)를 공급한 뒤 소스가스(1)의 공급을 중단하고 퍼지가스(3)을 공급하여 기판에 흡착되지 않은 소스가스(1)를 제거하게 된다. 그 다음으로 리액턴트가스(2)를 공급한 뒤, 리액턴트가스의 공급을 중단하고 퍼지가스(3)를 공급하여 잔류한 리액턴트가스(2)를 제거하게 된다. 상기 소스가스(1)의 공급, 퍼지가스(3)의 공급, 리액턴트가스의 공급(2), 퍼지가스(2)의 공급을 하나의 사이클(Cycle)로 반복하여 기판(W) 상에 소정의 박막을 형성하게 된다.
그러나, 원자층증착방법은 소스가스와 리액턴트가스의 반응이 기판 표면에서만 일어나게 되므로, 박막이 증착되는 속도는 일반적인 화학기상증착방법(CVD, Chemical Vapor Deposition) 등에 비해서는 낮다는 단점이 있다.
또한, 기판 상의 패턴이 10나노미터 전후 또는 그 이하로 형성됨에 따라, 기판 상의 미세한 패턴의 깊은 곳까지 소스가스나 리액턴트가스를 공급할 수 있는 방법이 요구되고 있다. 기판 상의 패턴의 선폭은 더 좁아지고, 종횡비(Aspect Ratio)로 표현되는 패턴의 깊이는 선폭대비 더 깊은 형태가 되고 있지만, 패턴의 상부와 패턴의 측벽과 패턴의 하부까지 균일하거나 소정의 조건에 맞도록 박막이 형성될 수 있는 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판 상의 미세한 패턴의 깊은 곳까지 소스가스 또는 리액턴트가스를 공급하는 방법을 제공하는 것을 기술적인 과제로 한다.
또한, 원자층증착방법으로 박막을 형성할 때, 기판 상의 미세한 패턴의 깊은 곳까지 활성화된 가스를 공급하는 방법을 제공하는 것을 기술적인 과제로 한다.
또한, 기판 상의 미세한 패턴의 하부까지 소정의 박막을 형성하는 방법을 제공하는 것을 기술적인 과제로 한다.
또한, 기판 상의 미세한 패턴의 하부에 형성되는 소정의 박막을 치밀화하거나 막질을 개선하는 방법을 제공하는 것을 기술적인 과제로 한다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 처리 방법은 챔버 내의 공정 공간으로 패턴을 가지는 기판을 로딩하는 단계; 상기 기판 상에 소스가스를 분사하여 상기 소스가스를 상기 기판의 패턴에 흡착시키는 단계; 상기 기판에 흡착되지 않은 소스가스를 상기 공정 공간 외부로 배기하기 위해 상기 기판 상에 퍼지가스를 분사하는 단계; 상기 기판 상에 리액턴트가스를 분사하여 상기 리액턴트가스를 상기 기판의 패턴에 흡착된 상기 소스가스와 반응 시키는 단계;
상기 소스가스와 반응하지 못한 상기 리액턴트가스를 상기 공정 공간 외부로 배기하기 위해 상기 기판 상에 퍼지가스를 분사하는 단계; 상기 소스가스를 상기 기판의 패턴에 흡착시키는 단계는, 상기 기판 상에 적어도 1회 이상 상기 소스가스를 반복 분사하여 상기 기판의 패턴 내부에 흡착시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
챔버 내의 공정 공간으로 패턴을 가지는 기판을 로딩하는 단계; 상기 기판 상에 소스가스를 분사하여 상기 소스가스를 상기 기판의 패턴에 흡착시키는 단계; 상기 기판에 흡착되지 않은 소스가스를 상기 공정 공간 외부로 배기하기 위해 상기 기판 상에 퍼지가스를 분사하는 단계; 상기 기판 상에 리액턴트가스를 분사하여 상기 리액턴트가스를 상기 기판의 패턴에 흡착된 상기 소스가스와 반응 시키는 단계;상기 소스가스와 반응하지 못한 상기 리액턴트가스를 상기 공정 공간 외부로 배기하기 위해 상기 기판 상에 퍼지가스를 분사하는 단계; 상기 소스가스를 상기 기판의 패턴에 흡착시키는 단계는, 상기 공정 공간에 적어도 1회 이상 상기 소스가스를 반복 분사하는 공정 중간에 상기 퍼지가스를 1회 이상 분사하는 것을 특징으로 할 수 있다.
챔버 내의 공정 공간으로 패턴을 가지는 기판을 로딩하는 단계; 상기 기판 상에 소스가스를 분사하여 상기 소스가스를 상기 기판의 패턴에 흡착시키는 단계; 상기 기판에 흡착되지 않은 상기 소스가스를 상기 공정 공간 외부로 배기하기 위해 상기 기판 상에 퍼지가스를 분사하는 단계; 상기 기판 상에 리액턴트가스를 분사하여 상기 리액턴트가스를 상기 기판의 패턴에 흡착된 상기 소스가스와 반응 시키는 단계; 상기 소스가스와 반응하지 못한 상기 리액턴트가스를 상기 공정 공간 외부로 배기하기 위해 상기 기판 상에 퍼지가스를 분사하는 단계; 상기 리액턴트가스를 상기 기판의 흡착된 상기 소스가스와 반응시키는 단계는, 상기 공정 공간에 적어도 1회 이상 상기 리액턴트가스를 반복 분사하여 상기 기판의 패턴 내부에 흡착된 상기 소스가스와 반응시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
챔버 내의 공정 공간으로 패턴을 가지는 기판을 로딩하는 단계; 상기 기판 상에 소스가스를 분사하여 상기 소스가스를 상기 기판의 패턴에 흡착시키는 단계; 상기 기판에 흡착되지 않은 상기 소스가스를 상기 공정 공간 외부로 배기하기 위해 상기 기판 상에 퍼지가스를 분사하는 단계; 상기 기판 상에 리액턴트가스를 분사하여 상기 리액턴트가스를 상기 기판의 패턴에 흡착된 상기 소스가스와 반응 시키는 단계; 상기 소스가스와 반응하지 못한 상기 리액턴트가스를 상기 공정 공간 외부로 배기하기 위해 상기 기판 상에 퍼지가스를 분사하는 단계; 상기 리액턴트가스를 상기 기판의 흡착된 상기 소스가스와 반응시키는 단계는, 상기 기판 상에 적어도 1회 이상 상기 리액턴트가스를 반복 분사하는 공정 중간에 상기 퍼지가스를 1회 이상 분사하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 소스가스를 기판의 패턴에 흡착시키는 단계와 상기 리액턴트가스를 기판의 패턴에 흡착된 소스가스와 반응 시키는 단계 사이에 활성화 가스를 적어도 1회 이상 반복해서 상기 공정 공간에 분사하는 전처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 기판의 패턴의 흡착된 소스가스와 반응 하지 못한 상기 리액턴트가스를 상기 공정 공간 외부로 배기하기 위해 상기 공정 공간에 퍼지가스를 분사 이후에 활성화 가스를 적어도 1회 이상 반복해서 상기 공정 공간에 분사하는 후처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
챔버 내의 공정 공간으로 패턴을 가지는 기판을 로딩하는 단계; 상기 기판 상에 소스가스를 분사하여 상기 소스가스를 상기 기판의 패턴에 흡착시키는 단계; 상기 기판에 흡착되지 않은 상기 소스가스를 상기 공정 공간 외부로 배기하기 위해 상기 기판 상에 퍼지가스를 분사하는 단계; 상기 기판 상에 리액턴트가스를 분사하여 상기 리액턴트가스를 상기 기판의 패턴에 흡착된 상기 소스가스와 반응 시키는 단계; 상기 소스가스와 반응하지 못한 상기 리액턴트가스를 상기 공정 공간 외부로 배기하기 위해 상기 기판 상에 퍼지가스를 분사하는 단계; 상기 소스가스를 기판의 패턴에 흡착시키는 단계와 상기 리액턴트가스를 기판의 패턴에 흡착된 소스가스와 반응시키는 단계 사이에 적어도 1회 이상 반복해서 활성화 가스를 상기 공정 공간에 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
챔버 내의 공정 공간으로 패턴을 가지는 기판을 로딩하는 단계; 상기 기판 상에 소스가스를 분사하여 상기 소스가스를 상기 기판의 패턴에 흡착시키는 단계; 상기 기판에 흡착되지 않은 상기 소스가스를 상기 공정 공간 외부로 배기하기 위해 상기 기판 상에 퍼지가스를 분사하는 단계; 상기 기판 상에 리액턴트가스를 분사하여 상기 리액턴트가스를 상기 기판의 패턴에 흡착된 상기 소스가스와 반응 시키는 단계; 상기 소스가스와 반응하지 못한 상기 리액턴트가스를 상기 공정 공간 외부로 배기하기 위해 상기 기판 상에 퍼지가스를 분사 이후에 적어도 1회 이상 반복해서 활성화 가스를 상기 공정 공간에 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 전처리 단계와 상기 후처리 단계 이후에 퍼지가스를 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 기판 처리 방법은 기판 상에 소스가스를 분사하여 상기 소스가스를 상기 기판의 패턴에 흡착시키는 단계; 상기 기판에 흡착되지 않은 소스가스를 공정 공간 외부로 배기하기 위해 상기 기판 상에 소스퍼지가스를 분사하는 단계; 상기 기판 상에 리액턴트가스를 분사하여 상기 리액턴트가스를 상기 기판의 패턴에 흡착된 상기 소스가스와 반응시키는 단계; 및 상기 소스가스와 반응하지 못한 상기 리액턴트가스를 상기 공정 공간 외부로 배기하기 위해 상기 기판 상에 리액턴트퍼지가스를 분사하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 리액턴트가스를 상기 기판의 흡착된 상기 소스가스와 반응시키는 단계는, 리액턴트퍼지가스가 분사되기 전까지 상기 기판 상에 상기 리액턴트가스를 2회 이상 복수 회로 반복해서 분사할 수 있다.
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명에 따른 기판 처리 방법은 기판의 패턴의 깊이가 깊어지더라도 패턴의 하부까지 소스가스를 공급할 수 있어서, 상기 패턴의 상부와 패턴의 측벽과 패턴의 하부의 표면까지 상기 소스가스가 흡착되도록 할 수 있다. 이후에 기판 상에 리액턴트가스가 분사될 때, 상기 패턴의 하부에서도 박막을 형성할 수 있게 되어 패턴의 상부와 패턴의 측벽과 패턴의 하부까지 박막을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기판 처리 방법은 기판의 패턴의 깊이가 깊어지더라도 상기 패턴의 하부까지 리액턴트가스를 공급할 수 있어서, 패턴의 상부와 패턴의 측벽과 패턴의 하부에 흡착된 소스가스와 반응하여 박막을 형성할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 기판 처리 방법은 기판의 패턴의 깊이가 깊어지더라도 상기 패턴의 하부까지 퍼지가스를 공급할 수 있어서, 상기 패턴의 상부와 패턴의 하부 사이에 잔류하는 소스가스 또는 리액턴트가스를 상기 패턴의 내부에서 퍼지할 수 있다. 상기 패턴의 내부에서 잔류하는 소스가스 또는 리액턴트가스를 충분히 퍼지할 수 있게 됨에 따라, 상기 패턴의 상부와 패턴의 측벽과 패턴의 하부에서 패턴의 표면에서만 박막이 형성되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기판 처리 방법은 기판의 패턴의 깊이가 깊어지더라도 상기 패턴의 하부까지 활성화된 가스를 공급할 수 있어서, 상기 패턴의 상부와 패턴의 측벽과 패턴의 하부의 표면에 도달한 활성화된 가스에 의해서 증착되는 박막을 치밀하게 하거나 막질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 원자층증착방법(ALD)을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 방법의 다른 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 방법의 다른 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 방법의 다른 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제 1", "제 2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
"상에"라는 용어는 어떤 구성이 다른 구성의 바로 상면에 형성되는 경우뿐만 아니라 이들 구성들 사이에 제3의 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조로 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 개념적으로 나타내는 도면일 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예는 기판 상에 소스가스(11) 분사 단계, 소스퍼지가스(31a) 분사 단계, 리액턴트가스(21) 분사 단계, 리액턴트 퍼지가스(31b)분사 단계를 순차적으로 진행하면서, 이를 1주기로 복수 회 반복하여 기판 상에 박막을 형성할 수 있다. 이때, 상기 소스가스(11) 분사 단계는 소스퍼지가스(31a)가 분사되기 전까지 기판 상에 소스가스(11)를 2회 또는 3회 또는 그 이상의 복수 회로 반복해서 분사하는 것을 포함할 수 있다.
상기와 같이 소스가스(11) 분사를 반복하는 경우, 기판 상에는 소스가스(11)가 2회 이상 도달하게 되어, 기판 상의 패턴의 상부뿐만 아니라, 패턴의 측벽과 패턴의 하부까지 소스가스(11)가 도달할 수 있다. 소스가스(11) 분사를 반복함에 따라, 소스가스(11) 1회 분사로 완료되는 종래의 소스가스(11) 분사 단계보다 소스가스(11) 기판 상에서 패턴의 하부까지 도달할 수 있는 시간이 늘어나고, 도달할 수 있는 유량도 더 늘어날 수 있게 된다. 원자층 증착에서 소스가스 분사단계에서는 기판의 표면에 균일한 유량의 소스가스가 도달하는 것이 아니라, 기판의 표면에 흡착층만 형성하면 되므로, 소스가스를 연속적으로 공급할 때보다, 반복해서 공급하는 것이, 종횡비가 큰 기판의 패턴의 하부까지 소스가스를 전달하기가 더 효과적 일 수 있다.
또한, 상기와 같이 소스가스(11) 분사를 반복하는 경우, 반복으로 인한 원자층증착 1 사이클의 시간 증가를 막기 위해서 각각의 소스가스(11) 분사는 더 짧은 시간에 진행할 수도 있다. 또한, 각각의 반복은 미리 설정된 소스가스(11)의 유량보다 많은 소스가스(11)가 짧은 시간 동안 기판 상에 분사되는 것을 허용하는 것일 수도 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 자세히 설명할 수 있다.
첫 번째 단계로, 챔버 내의 공정 공간으로 패턴을 가지는 기판을 로딩하는 단계를 가질 수 있다. 상기 패턴은 종횡비가 큰 패턴일 수 있다.
두 번째 단계로, 상기 기판 상에 소스가스(11)를 분사하여 상기 소스가스(11)를 기판의 패턴의 표면에 흡착 시킬 수 있다. 소스가스(11)를 분사하는 단계에서는 소스가스(11) 분사를 반복해서 분사할 수 있다.
소스가스(11) 분사의 반복은 상기 소스가스(11)의 공급라인이 상기 소스가스(11) 분사 단계 내에서 1회 이상 차단되는 것을 기준으로 구분될 수 있다. 소스가스(11) 분사의 반복은 소스가스(11)가 기판 상에 분사된 뒤, 리액턴트가스(21) 분사 단계를 거치지 않고, 다시 소스가스(11) 분사 단계가 반복되는 것일 수도 있다.
상기 기판 상의 패턴은 그 폭이 좁고 그 깊이는 매우 깊은 종횡비가 큰 형상일 수 있는데, 상기 기판의 패턴의 내부는 긴 홀(미도시)일 수 있고, 상부와 하부와 측벽과 그 사이 공간을 가진 긴 홀(미도시)일 수 있다. 상기 패턴의 측벽에는 다수의 요철이 형성될 수도 있다.
한편, 기판의 패턴의 하부까지 소스가스(11)가 도달하게 하기 위해서는 상기 기판의 패턴의 내부에 충분한 유량의 소스가스(11)가 유입되도록 한다. 또한, 이미 상기 패턴의 내부로 유입된 소스가스(11)가 더 깊은 영역인 상기 패턴의 하부까지 도달하도록 밀어 넣어 줄 수 있어야 한다.
소스가스(11) 분사 단계에서 소스가스(11)를 반복해서 분사하면, 상기 패턴 내부에 유입된 소스가스(11)가 상기 패턴의 하부까지 도달할 수 있는 충분한 유량의 소스가스(11)를 기판 상에 공급할 수 있고, 이미 상기 패턴의 내부로 유입된 소스가스(11)를 더 깊은 영역인 상기 패턴의 하부까지 밀어주는 소스가스(11)를 재차 공급할 수 있어서, 상기 패턴의 하부나 측벽에 형성된 요철의 내부까지 소스가스(11)가 도달할 수 있게 된다.
아울러, 소스가스(11)가 기판 상에 반복적으로 분사될 때 일정 시간을 두고 소스가스(11)의 공급라인은 차단될 수 있다. 상기 일정 시간 동안은 소스가스(11)가 분사되지 않고, 상기 챔버에 연결되어 상기 공정 공간을 배기하는 펌프(미도시)가 연결되어 있어 상기 기판 상에 잔류하는 가스를 펌핑할 수 있다.
세 번째 단계로, 상기 기판에 흡착되지 않은 소스가스(11)를 공정 공간 외부 즉, 챔버 외부로 배기하기 위해 공정 공간에 소스퍼지가스(31a)를 분사 할 수 있다. 흡착되지 않은 소스가스(11)와 소스퍼지가스(31a)는 챔버의 펌프를 통해 외부로 배출될 수 있다.
네 번째 단계로, 상기 기판 상에 리액턴트가스(21)를 공급하여 상기 기판의 패턴의 상부와 패턴의 측벽과 패턴의 하부에 흡착된 소스가스(11)와 반응시켜서 원자층 박막 또는 단일층(monolayer) 박막을 상기 기판의 패턴의 상부뿐만 아니라 상기 기판의 패턴의 측벽 및 패턴의 하부 표면까지 형성할 수 있다.
다섯 번째 단계로, 상기 기판의 패턴 내부에서 소스가스(11)와 반응하지 못한 리액턴트가스(21)를 상기 챔버 외부로 배기하기 위해 공정 공간에 리액턴트퍼지가스(31b)를 분사 할 수 있다. 소스가스(11)와 반응하지 못한 리액턴트가스(21)와 리액턴트퍼지가스(31b)는 챔버의 펌프를 통해 상기 챔버의 외부로 배출될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 방법의 다른 실시 예를 개념적으로 나타내는 도면 일 수 있다. 기판 상에 소스가스(12) 분사 단계, 소스퍼지가스(32a) 분사 단계, 리액턴트가스(22) 분사 단계, 리액턴트 퍼지가스(32b)분사 단계를 순차적으로 진행하면서, 이를 1주기로 복수 회 반복하여 기판 상에 박막을 형성할 수 있다. 이때, 리액턴트가스(22) 분사 단계는 리액턴트 퍼지가스(32b)가 분사되기 전까지 기판 상에 리액턴트가스(22)를 2회 또는 3회 또는 그 이상의 복수 회로 반복해서 분사하는 것을 포함할 수 있다.
상기와 같이 리액턴트가스(22) 분사를 반복하는 경우, 기판 상에는 리액턴트가스(22)가 2회 이상 도달하게 되어, 기판 상의 패턴의 상부뿐만 아니라, 패턴의 측벽과 패턴의 하부까지 리액턴트가스(22)가 도달할 수 있다. 리액턴트가스(22) 분사를 반복함에 따라, 리액턴트가스(22) 1회 분사로 완료되는 종래의 리액턴트가스(22) 분사 단계보다 리액턴트가스(22) 기판 상에서 패턴의 하부까지 도달할 수 있는 시간이 늘어나고, 도달할 수 있는 유량도 더 늘어날 수 있게 된다. 원자층 증착에서 리액턴트가스 분사단계에서는 기판의 표면에 균일한 유량의 리액턴트가스(22)가 도달하는 것이 아니라, 기판의 표면에 흡착된 소스가스(12)와 반응하여 원자층 또는 단일층을 형성하면 되므로, 리액턴트가스(22)를 연속적으로 공급할 때보다, 반복해서 공급하는 것이, 종횡비가 큰 기판의 패턴의 하부까지 리액턴트가스(22)를 전달하기가 더 효과적 일 수 있다.
또한, 상기와 같이 리액턴트가스(22) 분사를 반복하는 경우, 반복으로 인한 원자층증착 1 사이클의 시간 증가를 막기 위해서 각각의 리액턴트가스(22) 분사는 더 짧은 시간에 진행할 수도 있다. 또한, 각각의 반복은 미리 설정된 리액턴트가스(22)의 유량보다 많은 리액턴트가스(22)가 짧은 시간 동안 기판 상에 분사되는 것을 허용하는 것일 수도 있다.
도 3를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 자세히 설명할 수 있다.
첫 번째 단계로, 챔버 내의 공정 공간으로 패턴을 가지는 기판을 로딩하는 단계를 가질 수 있다. 상기 패턴은 종횡비가 큰 패턴일 수 있다.
두 번째 단계로, 상기 기판 상에 소스가스(12)를 분사하여 소스가스(12)를 상기 기판의 패턴의 표면에 흡착 시킬 수 있다.
세 번째 단계로, 상기 기판에 흡착되지 않은 소스가스(12)를 공정 공간 외부 즉, 챔버 외부로 배기하기 위해 공정 공간에 소스퍼지가스(32a)를 분사 할 수 있다. 흡착되지 않은 소스가스(12)와 소스퍼지가스(32a)는 챔버의 펌프를 통해 외부로 배출될 수 있다.
네 번째 단계로, 상기 기판 상에 리액턴트가스(22)를 분사하여 리액턴트가스(22)를 상기 기판의 패턴의 상부와 패턴의 측벽과 패턴의 하부에 흡착된 소스가스(12)와 반응시켜 원자층 또는 단일층의 박막을 형성할 수 있다. 리액턴트가스(22)를 분사하는 단계에서는 리액턴트가스(22) 분사를 반복해서 분사할 수 있다.
리액턴트가스(22) 분사의 반복은 상기 리액턴트가스(22)의 공급라인이 상기 리액턴트가스(22) 분사 단계 내에서 1회 이상 차단되는 것을 기준으로 구분될 수 있다. 리액턴트가스(22) 분사의 반복은 리액턴트가스(22)가 기판 상에 분사된 뒤, 다음 사이클의 소스가스(12) 분사 단계를 거치지 않고, 다시 리액턴트가스(22) 분사 단계가 반복되는 것일 수도 있다.
한편, 기판의 패턴의 하부까지 리액턴트가스(22)가 도달하게 하기 위해서는 상기 기판의 패턴의 내부에 충분한 유량의 리액턴트가스(22)가 유입되도록 한다. 또한, 이미 상기 패턴의 내부로 유입된 리액턴트가스(22)가 더 깊은 영역인 상기 패턴의 하부까지 도달하도록 밀어 넣어 줄 수 있어야 한다.
리액턴트가스(22) 분사 단계에서 리액턴트가스(22)를 반복해서 분사하면, 상기 패턴 내부에 유입된 리액턴트가스(22)가 상기 패턴의 하부까지 도달할 수 있는 충분한 유량의 리액턴트가스(22)를 기판 상에 공급할 수 있고, 이미 상기 패턴의 내부로 유입된 리액턴트가스(22)를 더 깊은 영역인 상기 패턴의 하부까지 밀어주는 리액턴트가스(22)를 재차 공급할 수 있어서, 상기 패턴의 하부나 측벽에 형성된 요철의 내부까지 리액턴트가스(22)가 도달할 수 있게 된다.
아울러, 리액턴트가스(22)가 기판 상에 반복적으로 분사될 때 일정 시간을 두고 리액턴트가스(22)의 공급라인은 차단될 수 있다. 상기 일정 시간 동안은 리액턴트가스(22)가 분사되지 않고, 상기 챔버에 연결되어 상기 공정 공간을 배기하는 펌프(미도시)가 연결되어 있어 상기 기판 상에 잔류하는 가스를 펌핑할 수 있다.
다섯 번째 단계로, 상기 기판의 패턴 내부에서 소스가스(12)와 반응하지 못한 리액턴트가스(22)를 상기 챔버 외부로 배기하기 위해 공정 공간에 리액턴트퍼지가스(32b)를 분사 할 수 있다. 상기 소스가스(12)와 반응하지 못한 리액턴트가스(22)와 리액턴트퍼지가스(32b)는 챔버의 펌프를 통해 상기 챔버의 외부로 배출될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 방법의 다른 실시 예를 개념적으로 나타내는 도면 일 수 있다.
첫 번째 단계로, 챔버 내의 공정 공간으로 패턴을 가지는 기판을 로딩하는 단계를 가질 수 있다. 상기 패턴은 종횡비가 큰 패턴일 수 있다.
두 번째 단계로, 상기 기판 상에 소스가스(13)를 분사하여 소스가스(11)를 기판의 패턴의 표면에 흡착 시킬 수 있다. 소스가스(13)를 분사하는 단계에서는 소스가스(13) 분사를 반복해서 분사할 수 있다.
세 번째 단계로, 기판에 흡착되지 않은 소스가스(13)를 공정 공간 외부 즉, 챔버 외부로 배기하기 위해 공정 공간에 소스퍼지가스(33a)를 분사 할 수 있다. 흡착되지 않은 소스가스(13)와 소스퍼지가스(33a)는 챔버의 펌프를 통해 외부로 배출될 수 있다.
네 번째 단계로, 상기 기판 상에 리액턴트가스(23)를 분사하여 리액턴트가스(23)를 상기 기판의 패턴의 상부와 패턴의 측벽과 패턴의 하부에 흡착된 소스가스(13)와 반응시켜 원자층 또는 단일층의 박막을 형성할 수 있다. 리액턴트가스(23)를 분사하는 단계에서는 리액턴트가스(23) 분사를 반복해서 분사할 수 있다.
다섯 번째 단계로, 상기 기판의 패턴 내부에서 소스가스(13)와 반응하지 못한 리액턴트가스(23)를 상기 챔버 외부로 배기하기 위해 공정 공간에 리액턴트퍼지가스(33b)를 분사 할 수 있다. 상기 소스가스(13)와 반응하지 못한 리액턴트가스(23)와 리액턴트퍼지가스(33b)는 챔버의 펌프를 통해 상기 챔버의 외부로 배출될 수 있다.
상기와 같이 소스가스(23) 분사와 리액턴트가스(23) 분사를 각각 반복하는 경우, 각각의 단계에서 기판 상의 패턴의 상부뿐만 아니라, 패턴의 측벽과 패턴의 하부까지 소스가스(23)와 리액턴트가스(23)가 도달할 수 있다. 소스가스(23) 분사를 반복하고 리액턴트가스(23) 분사도 반복하는 경우에는 소스가스(23) 분사만 반복하는 경우나 리액턴트가스(23)만 반복하는 경우보다 더 깊은 패턴의 하부까지도 소스가스(23)나 리액턴트가스(23)가 도달할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 방법의 다른 실시 예를 개념적으로 나타내는 도면 일 수 있다. 기판 상에 소스가스(14) 분사 단계, 소스퍼지가스(34a) 분사 단계, 리액턴트가스(24) 분사 단계, 리액턴트퍼지가스(34b)분사 단계, 활성화가스(44) 분사 단계를 순차적으로 진행하면서, 이를 1주기로 복수 회 반복하여 기판 상에 박막을 형성할 수 있다. 이때, 활성화가스(44) 분사 단계는 상기 챔버 내부 또는 외부에 설치된 플라즈마 발생원(미도시)를 이용하여 여기되거나 반응성이 높아진 가스를 상기 기판 상에 분사하는 단계일 수 있다. 활성화가스(44) 분사 단계는 활성화가스퍼지가스(34a)가 분사되기 전까지 기판 상에 활성화가스(44)를 2회 또는 3회 또는 그 이상의 복수 회로 반복해서 분사하는 것을 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 자세히 설명할 수 있다.
첫 번째 단계로, 챔버 내의 공정 공간으로 패턴을 가지는 기판을 로딩하는 단계를 가질 수 있다. 상기 패턴은 종횡비가 큰 패턴일 수 있다.
두 번째 단계로, 상기 기판 상에 소스가스(14)를 분사하여 소스가스(14)를 상기 기판의 패턴에 흡착 시킬 수 있다. 소스가스(14)를 분사하는 단계에서는 소스가스(14) 분사를 1회이상 반복해서 분사할 수 있다.
세 번째 단계로, 상기 기판에 흡착되지 않은 소스가스(14)를 공정 공간 외부 즉, 챔버 외부로 배기하기 위해 공정 공간에 소스퍼지가스(34a)를 분사 할 수 있다. 흡착되지 않은 소스가스(14)와 소스퍼지가스(34a)는 챔버의 펌프를 통해 외부로 배출될 수 있다.
네 번째 단계로, 상기 기판 상에 리액턴트가스(24)를 분사하여 리액턴트가스(24)를 상기 기판의 패턴의 상부와 패턴의 측벽과 패턴의 하부에 흡착된 소스가스(14)와 반응시켜 원자층 또는 단일층의 박막을 형성할 수 있다. 리액턴트가스(24)를 분사하는 단계에서는 리액턴트가스(24) 분사를 반복해서 분사할 수 있다.
다섯 번째 단계로, 상기 기판의 패턴 내부에서 소스가스(14)와 반응하지 못한 리액턴트가스(24)를 상기 챔버 외부로 배기하기 위해 공정 공간에 리액턴트퍼지가스(34b)를 분사 할 수 있다. 상기 소스가스(14)와 반응하지 못한 리액턴트가스(24)와 리액턴트퍼지가스(34b)는 챔버의 펌프를 통해 상기 챔버의 외부로 배출될 수 있다.
여섯 번째 단계로, 상기 기판 상에 활성화가스(44)를 분사할 수 있다. 활성화가스(44) 분사 단계에서는 활성화가스(44) 분사를 반복할 수 있다. 활성화가스는 상기 패턴의 상부와 패턴의 측벽과 패턴의 하부의 표면에 증착된 박막을 치밀하게 하거나 막질을 향상시킬 수 있다.
활성화가스(44) 분사의 반복은 활성화가스(44)의 공급라인이 소스가스(14) 분사 단계 내에서 1회 이상 차단되거나, 상기 챔버 내부 또는 외부에 설치된 플라즈마 발생원(미도시)에 공급되는 전원의 공급을 1회 이상 차단되는 것을 기준으로 구분될 수 있다.
상기 기판의 패턴의 하부까지 활성화가스(44)가 도달하게 하기 위해서는 상기 기판의 패턴의 내부에 충분한 유량의 활성화가스(44)를 유입되어야 한다. 또한, 이미 상기 패턴의 내부로 유입된 활성화가스(44)가 더 깊은 영역인 상기 패턴의 하부까지 도달하도록 밀어 넣어 줄 수 있어야 한다.
활성화가스(44) 분사 단계에서 활성화가스(44)를 반복해서 분사하면, 상기 패턴 내부에 유입된 소스가스(11)가 상기 패턴의 하부까지 도달할 수 있는 충분한 유량의 활성화가스(44)를 기판 상에 공급할 수 있고, 이미 상기 패턴의 내부로 유입된 활성화가스(44)를 더 깊은 영역인 상기 패턴의 하부까지 밀어주는 활성화가스(44)를 재차 공급할 수 있어서, 상기 패턴의 하부나 측벽에 형성된 요철의 내부까지 활성화가스(44)가 도달할 수 있게 된다. 따라서 상기 패턴의 하부나 측벽에 형성된 요철의 내부까지 활성화가스(44)에 의한 치밀화 또는 막질을 향상시킬 수 있다.
아울러, 활성화가스(44)가 기판 상에 반복적으로 분사될 때 일정 시간을 두고 활성화가스(44)의 공급라인은 차단될 수 있다. 상기 일정 시간 동안은 활성화가스(44)가 분사되지 않고, 상기 챔버에 연결되어 상기 공정 공간을 배기하는 펌프(미도시)가 연결되어 있어 상기 기판 상에 잔류하는 가스를 펌핑할 수 있다.
일곱 번째 단계로, 상기 기판의 패턴 내부에 잔류한 활성화가스(44)를 상기 챔버 외부로 배기하기 위해 공정 공간에 활성화가스 퍼지가스(34c)를 분사 할 수 있다. 활성화가스 퍼지가스(34c)는 챔버의 펌프를 통해 외부로 배출될 수 있다.
한편, 활성화가스(44) 분사 단계는 리액턴트가스(24) 분사 단계를 기준으로 이후에 이뤄지는 후처리 단계 외에도 이전에 이뤄지는 전처리 단계로 진행될 수도 있다. 전처리 단계로서 활성화가스(44) 분사 단계는 상기 소스가스(14) 분사 단계와 리액턴트가스(24) 분사 단계 사이에서 진행될 수도 있다. 기판 상에 소스가스(14) 분사 단계, 소스퍼지가스(34a) 분사 단계, 활성화가스(44) 분사 단계, 활성화가스 퍼지가스(34c) 분사 단계, 리액턴트가스(24) 분사 단계, 리액턴트퍼지가스(34b)분사 단계를 순차적으로 진행하면서, 이를 1주기로 복수 회 반복하여 기판 상에 박막을 형성할 수 있다.
상기 공정 가스는 기판의 패턴 상에 ALD 박막을 형성하기 위한 소스가스(11, 12, 13, 14)와 상기 리액턴트가스(21, 22, 23, 24)로 이루어질 수 있다.
소스가스(11, 12, 13, 14)는 티탄족 원소(Ti, Zr, Hf 등), 실리콘(Si) 또는 알루미늄(Al) 등을 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 티타늄(Ti)을 포함하여 이루어지는 소스가스(SG)는 사염화티타늄(TiCl4) 가스 등이 될 수 있다. 그리고, 실리콘(Si) 물질을 함유하는 소스가스(SG)는 실란(Silane; SiH4) 가스, 디실란(Disilane; Si2H6) 가스, 트리실란(Trisilane; Si3H8) 가스, TEOS(Tetraethylorthosilicate) 가스, DCS(Dichlorosilane) 가스, HCD(Hexachlorosilane) 가스, TriDMAS(Tri-dimethylaminosilane) 가스, 또는 TSA(Trisilylamine) 가스 등이 될 수 있다.
리액턴트가스(21, 22, 23, 24)는 수소(H2) 가스, 질소(N2) 가스, 산소(O2) 가스, 이산화질소(NO2) 가스, 암모니아(NH3) 가스, 증기(H2O) 가스, 또는 오존(O3) 가스 등을 포함하여 이루어질 수 있다. 이때, 리액턴트가스(21, 22, 23, 24)에는 질소(N2) 가스, 아르곤(Ar) 가스, 제논(Ze) 가스, 또는 헬륨(He) 가스 등으로 이루어진 퍼지가스(31a, 31b, 32a, 32b, 33a,33b, 34a, 34b,34c)가 혼합될 수 있다.
전처리 및 후처리 활성화 가스(44)는 수소(H2) 가스, 질소(N2) 가스, 수소(H2) 가스와 질소(N2) 가스의 혼합 가스, 산소(O2) 가스, 아산화질소(N2O) 가스, 아르곤(Ar) 가스, 헬륨(He) 가스, 또는 암모니아 가스(NH3)를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
소스가스: 1, 11, 12, 13, 14
소스퍼지가스: 31a, 32a, 33a, 34a
리액턴트가스: 2, 21, 22, 23, 24
리액턴트퍼지가스: 31b, 32b, 33b, 34b
활성화가스: 44
활성화가스 퍼지가스: 34c

Claims (10)

  1. 기판 상에 소스가스를 분사하여 상기 소스가스를 상기 기판의 패턴에 흡착시키는 단계;
    상기 기판에 흡착되지 않은 소스가스를 공정 공간 외부로 배기하기 위해 상기 기판 상에 소스퍼지가스를 분사하는 단계;
    상기 기판 상에 리액턴트가스를 분사하여 상기 리액턴트가스를 상기 기판의 패턴에 흡착된 상기 소스가스와 반응시키는 단계; 및
    상기 소스가스와 반응하지 못한 상기 리액턴트가스를 상기 공정 공간 외부로 배기하기 위해 상기 기판 상에 리액턴트퍼지가스를 분사하는 단계를 포함하고,
    상기 리액턴트가스를 상기 기판의 흡착된 상기 소스가스와 반응시키는 단계는, 리액턴트퍼지가스가 분사되기 전까지 상기 기판 상에 상기 리액턴트가스를 2회 이상 복수 회로 반복해서 분사하며,
    상기 소스가스를 기판의 패턴에 흡착시키는 단계와 상기 리액턴트가스를 기판의 패턴에 흡착된 소스가스와 반응시키는 단계 사이에 상기 기판 상에 활성화가스를 분사하는 전처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소스가스를 상기 기판의 패턴에 흡착시키는 단계는, 소스퍼지가스가 분사되기 전까지 상기 기판 상에 상기 소스가스를 2회 이상 반복해서 분사하는 것을 특징으로 하는 기판 처리방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전처리 단계는 상기 기판 상에 상기 활성화가스를 2회 이상 반복해서 분사하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전처리 단계는 활성화가스퍼지가스가 분사되기 전까지 상기 기판 상에 상기 활성화가스를 2회 이상 반복해서 분사하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 리액턴트퍼지가스를 분사한 이후에 상기 기판 상에 활성화가스를 분사하는 후처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 후처리 단계는 상기 기판 상에 상기 활성화가스를 2회 이상 반복해서 분사하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 후처리 단계는 활성화가스퍼지가스가 분사되기 전까지 상기 기판 상에 상기 활성화가스를 2회 이상 반복해서 분사하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
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