KR20000051046A - 반응챔버에 가스를 유입하는 방법 및 이에 사용되는 샤워헤드 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상호 반응성있는 2 이상의 반응가스를 유입하여 기판 상에 소정의 막을 증착할 때, 그 반응가스를 유입하는 방법 및 그 가스유입 방법에 사용되는 샤워헤드에 관한 것이다. 본 발명의 가스유입 방법은, 제1반응가스와 나머지 반응가스가 서로 섞이지 않도록 각각 독립적인 가스 주입구를 통하여, 제1반응가스는 기판의 가장자리부를 향하여 유입하고, 나머지 반응가스는 기판의 중심부를 향하여 독립적으로 유입하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 샤워헤드는, 제1 및 제2반응가스가 샤워헤드 내에서 서로 혼합되지 않도록 각각의 통로를 독립적으로 마련하고, 제1반응가스의 방출구는 샤워헤드의 저면 가장자리에 형성하고, 제2반응가스의 방출구는 그 중앙부에 형성한다.
본 발명에 따르면, 상호 반응성 있는 가스를 하나는 기판의 중심부를 향해 유입하고, 나머지는 기판의 가장자리를 향해 유입함으로써, 샤워헤드 및 반응챔버 내부에 오염 입자의 생성을 억제하면서 증착속도도 증가하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 반도체 장치의 제조시 상호 반응성있는 2 이상의 반응가스를 유입하여 기판 상에 소정의 막을 증착할 때, 그 반응가스를 유입하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 반응가스를 유입할 때 사용되는 샤워헤드의 구조에 관한 것이다.
기체상의 물질을 기판 상에 증착함으로 소정의 막을 형성하는 방법에는 물리기상증착법(Physical Vapor Deposition, 스퍼터링(sputtering)이라고도 한다. 이하, PVD라 한다), 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, 이하 CVD라 한다), 원자층 성장법(Atomic Layer Deposition, 이하 ALD라 한다), 펄스 CVD(Pulsed CVD, 펄스 CVD는, 그 상세한 내용에 대해 기재된 본 출원인에 의해 1998년 7월 22일 출원된 특허출원 제98-29531호, "화학기상증착법에 의한 금속질화막 형성방법 및 이를 이용한 반도체 장치의 금속컨택 형성방법"을 참조하면, 제1반응가스→퍼지가스→제2반응가스→퍼지가스의 순으로 반응가스 및 퍼지가스를 번갈아가며 소정 시간 동안 유입하여 화학기상증착하는 방법으로서 원자층 성장법과 유사하나, 원자층 성장법은 기판 상에 화학흡착된 반응가스만을 남기고 퍼지하는 반면, 펄스 CVD는 화학흡착뿐만 아니라 물리흡착된 반응가스까지 남겨 증착속도를 현저하게 증가시킨 점에서 다르다. 이하 PCVD라 한다) 등이 있다. 본 발명은 이중 특히 ALD, PCVD에 적용가능한 가스유입 방법에 관한 것으로, 종래의 가스유입 방법 및 그 문제점을 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
일반적으로 가스의 증착에 의해 소정의 막을 형성할 때, 소스가스(반응가스)는 반응챔버의 상부에 장착된 샤워헤드에 의해 공급된다. 도1 및 도2는 혼합방식의 샤워헤드를 도시한 것으로서, 제1 및 제2반응가스들은 각각의 주입구(12 및 14)를 통하여 밸브(16)의 개폐동작에 따라 동시에 또는 다른 타이밍을 갖고 샤워헤드(10) 내로 유입된다. 제1 및 제2반응가스들은 샤워헤드(10) 내에서 혼합되고 샤워헤드(10) 저면의 방출구(18)로 나와 반응챔버 내에 안착된 기판(미도시) 상에 증착된다. 그런데, 이러한 구조의 혼합방식 샤워헤드(10)는 특히 제1 및 제2반응가스가 상호 반응성이 있는 경우, 샤워헤드(10) 내에서 서로 반응하여 입자를 생성하고 샤워헤드(10) 내에 증착됨으로써 샤워헤드가 쉽게 오염이 되는 문제가 있다.
한편, 도3 및 도4는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제1 및 제2반응가스의 공급을 따로따로 수행할 수 있는 분리방식의 샤워헤드(30)를 도시한 것이다. 도3 및 도4를 참조하면, 제1 및 제2반응가스들이 샤워헤드(30) 내에서 서로 반응하지 않도록 각각 서로 다른 통로를 마련하여 각각 다른 방출구(38 및 40)로 나오게 되어 있다. 그러나, PCVD 방식의 증착시에는 하나의 반응가스, 예를 들어 제1반응가스만이 유입하는 타이밍일 때, 제2반응가스를 위한 통로로 제1반응가스 및 반응챔버 내에 잔류하는 다른 반응가스가 역류하여 머물고 있다가 이후에 제2반응가스가 유입하면 서로 반응하여 오염 입자를 생성하는 문제점이 있다. 이점은 제1반응가스를 위한 통로도 마찬가지이다.
한편, 제1 및 제2반응가스의 유입시에는 반응가스의 운반을 돕기 위해 불활성 가스로 이루어진 운반가스를 함께 소정 유량 유입할 수 있는데, 상기한 문제점을 해결하기 위하여 이 운반가스를 반응가스의 유입과는 무관하게 계속 유입하거나, 퍼지가스(위와 같이 운반가스를 계속적으로 유입하는 경우는, 두 반응가스가 모두 유입하는 않는 타이밍에 이 운반가스가 바로 퍼지가스가 된다)의 유량을 증가시켜 샤워헤드 및 반응챔버 내에 잔류하는 반응가스를 퍼지시킴으로써, 현재 유입하고 있지 않는 반응가스의 통로로 다른 반응가스가 역류하는 것을 막는 방법이 있다.
그러나, 이러한 운반가스의 계속적인 유입이나 퍼지가스의 유량증가는 기판 상에 흡착되어 있는 반응가스까지 퍼지하게 되어 막의 증착속도가 현저하게 떨어지는 문제점이 있다. 퍼지가스의 유량과 증착속도와의 관계를 그래프로 도시한 것이 도5이다. 도5에서 제1반응가스로는 TiCl4, 제2반응가스로는 NH3를 사용하여 기판 상에 TiN막을 형성하고, 퍼지가스로는 Ar을 사용했다. 도5를 보면 알 수 있듯이, 퍼지가스의 유량을 200sccm 이상으로 증가하면 TiN막의 증착속도가 10Å/min 이하로 현저하게 떨어져 실용성이 떨어진다. 수회의 실험에 의하면 퍼지가스의 유량을 대략 500sccm을 경계로 하여 그 이상으로 하면 오염 입자의 문제점은 없어짐을 알 수 있었다. 그러나 500sccm 이상으로 하면 성장속도가 너무 늦음을 알 수 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 오염 입자의 문제와 증착속도의 문제를 동시에 해결할 수 있는 가스유입 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기의 가스유입 방법에 사용하기 적합한 샤워헤드를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
도1은 종래의 혼합방식 샤워헤드(shower head)의 구조를 도시한 단면도이다.
도2는 도1에 도시한 샤워헤드의 저면도이다.
도3은 종래의 분리방식 샤워헤드의 구조를 도시한 단면도이다.
도4는 도3에 도시한 샤워헤드의 저면도이다.
도5는 도3의 샤워헤드를 이용하여 기판 상에 TiN막을 형성할 때, 퍼지가스의 유량과 증착속도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도6은 본 발명에 따른 가스유입 방법에 사용되는 샤워헤드의 일실시예의 구조를 도시한 단면도이다.
도7은 도6에 도시한 샤워헤드의 저면도이다.
도8은 본 발명에 따른 가스유입 방법에 사용되는 샤워헤드의 다른 실시예의 구조를 도시한 단면도이다.
도9는 도8에 도시한 샤워헤드의 저면도이다.
도10 내지 도13은 본 발명의 각실시예에 따른 가스유입 방법을 개념적으로 도시한 도면들이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가스유입 방법은, 반응챔버 내에 안착된 기판에 소정의 막을 증착하기 위하여 상호 반응성 있는 제1 및 제2반응가스를 포함하여 2 또는 그 이상의 반응가스들을 반응챔버 안으로 유입하는 방법으로서, 제1반응가스와 나머지 반응가스는 서로 섞이지 않도록 독립적인 가스 주입구를 통하여, 제1반응가스는 기판의 가장자리부를 향하여 유입하고, 나머지 반응가스는 기판의 중심부를 향하여 유입하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 소정의 막은 원자층 성장법이나 PCVD 방법으로 증착할 수 있다.
또한, 상기 제1반응가스와 각각 반응성이 있는 제2 및 제3반응가스를 함께 유입할 수 있는데, 상기 제2 및 제3반응가스는 동일한 가스 주입구를 통하여 서로 섞이도록 동시에 유입하거나, 서로 섞이지 않도록 시차를 두고 번갈아가며 유입할 수도 있고, 독립적인 가스 주입구를 통하여 유입할 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명의 가스유입 방법은, 반응챔버 내에 안착된 기판 상에 소정의 물질을 증착하기 위하여 상기 물질의 일부 원소를 포함하는 제1반응가스, 및 제1반응가스와 반응하여 상기 물질을 형성하는 제2반응가스를 각각 별도의 가스 주입구를 통하여 유입하는 방법으로서, 기판의 가장자리부를 향하여 제1반응가스를 소정 시간 동안 유입하는 단계, 제1반응가스의 유입을 차단하고, 반응챔버 내에 잔류하는 반응가스를 퍼지하는 단계, 기판의 중심부를 향하여 제2반응가스를 소정 시간 동안 유입하는 단계, 및 제2반응가스의 유입을 차단하고, 반응챔버 내에 잔류하는 반응가스를 퍼지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 제1 및 제2반응가스를 유입하는 단계 각각은, 제1 및 제2반응가스의 원활한 공급을 위하여 운반가스를 함께 유입하고, 상기 퍼지하는 단계 각각은 제1 및 제2반응가스를 차단하고 운반가스만을 계속 유입함으로써 퍼지하도록 할 수 있다.
또한, 상기 물질을 원하는 두께로 증착하기 위하여 상기 제1반응가스 유입단계, 퍼지단계, 제2반응가스 유입단계 및 퍼지단계를 반복하여 수행할 수도 있다.
상기의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 샤워헤드는, 하부에 기판이 안착된 반응챔버의 상부에 장착되어 제1 및 제2반응가스를 공급하는 샤워헤드로서, 샤워헤드의 상면에 형성되고, 제1반응가스의 공급원으로부터 제1반응가스를 공급받는 제1가스 공급구, 샤워헤드의 상면에 형성되고, 제2반응가스의 공급원으로부터 제2반응가스를 공급받는 제2가스 공급구, 샤워헤드의 저면 가장자리에 형성된 다수의 제1가스 방출구, 샤워헤드의 저면 중앙부에 형성된 다수의 제2가스 방출구, 샤워헤드의 몸체 내부에 형성되고, 제1가스 공급구와 다수의 제1가스 방출구를 연결하는 제1가스 통로, 및 샤워헤드의 몸체 내부에 제1가스 통로와 독립적으로 형성되고, 제2가스 공급구와 다수의 제2가스 방출구를 연결하는 제2가스 통로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 제1가스 방출구는 제2가스 방출구에 비해 아래쪽으로 더 연장되어, 샤워헤드가 증착챔버 상부에 장착되었을 때, 제1가스 방출구가 챔버 내에 안착된 기판에 더욱 근접하도록 할 수도 있다.
또한, 제3가스의 공급을 위해, 샤워헤드의 상면에 형성되고, 제3반응가스의 공급원으로부터 제3반응가스를 공급받는 제3가스 공급구, 샤워헤드의 저면 중앙부에 제2가스 방출구와는 별도로 형성된 다수의 제3가스 방출구, 및 샤워헤드의 몸체 내부에 제1 및 제2가스 통로와 독립적으로 형성되고, 제3가스 공급구와 다수의 제3가스 방출구를 연결하는 제3가스 통로를 더 포함할 수도 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 상호 반응성이 있는 반응가스들을 하나는 기판의 가장자리부로, 나머지는 기판의 중심부를 향해 독립적으로 유입함으로써, 샤워헤드 및 반응챔버 내부에서 오염 입자의 생성을 방지하면서도 빠른 증착속도를 얻을 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 먼저, 본 발명의 가스유입 방법에 사용하기 적합한 샤워헤드의 구조에 대하여 설명한다.
도6 및 도7은 본 발명의 가스유입 방법에 적합한 샤워헤드의 일실시예의 구조를 도시한 도면들이다. 도6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 사용되는 샤워헤드(60)의 상부에는 제1 및 제2반응가스 각각을 위한 가스 공급라인(62 및 64)과 밸브(66), 제1 및 제2반응가스의 운반 및 샤워헤드(60)와 반응챔버의 퍼지를 위한 퍼지가스(운반가스)를 주입하기 위한 공급라인(68) 및 밸브(70)가 구비된다.
샤워헤드(60)의 내부는 제1 및 제2반응가스들이 서로 혼합되지 않도록 각각의 통로를 두고, 특히 하나의 반응가스는 샤워헤드(60)의 밑면 가장자리로 방출되도록 하고(72), 다른 하나의 반응가스는 샤워헤드(60)의 밑면 중앙으로 방출되도록 한다(74). 즉, 도7에 도시된 바와 같이, 샤워헤드(60)의 밑면은 그 가장자리에 제1반응가스의 방출구(72)가 소정 간격으로 다수 형성되고, 중앙에 제2반응가스의 방출구(74)가 소정 간격으로 다수 형성된다.
또한, 제2반응가스의 공급라인(64)으로는 제1반응가스와 반응성이 있는 제3반응가스를 제2반응가스와 함께 공급할 수 있다. 이때, 제2반응가스와 제3반응가스가 서로 반응성이 없거나 약하면 제2 및 제3반응가스를 동시에 공급할 수도 있고, 반응성이 있으면 시차를 두어 번갈아가며 공급할 수 있다.
도8 및 도9는 본 발명의 가스유입 방법에 적합한 샤워헤드의 다른 실시예의 구조를 도시한 도면들이다. 도8 및 도9에 도시된 샤워헤드는 도6 및 도7에 도시된 샤워헤드에 제3반응가스의 유입을 위해 제3반응가스 공급라인(86), 및 저면 중앙부에 제2가스 방출구(96)와 독립된 제3가스 방출구(98)를 더 구비한다. 여기서, 제3반응가스 공급라인(86)과 제3가스 방출구(98)를 연결하기 위한 제3반응가스 통로는 제2반응가스 통로와 서로 분리되도록 하여, 세 반응가스를 서로 독립적으로 유입할 수 있도록 한다.
또한, 도6 내지 도9의 샤워헤드는, 제1반응가스의 방출구(72, 94)가 제2 및/또는 제3반응가스의 방출구(74, 96, 98)에 비해 아래쪽으로 더 연장되어 반응챔버 내에 안착된 기판과 더 근접하도록 할 수 있다(도11 참조). 그리고, 샤워헤드의 반경은 기판보다 크거나 같게 함으로써 제1반응가스의 방출구(72, 94)가 기판의 가장자리 또는 그 바깥을 향하도록 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따라 가스를 유입하는 방법을 설명한다. 도10 내지 도13은 본 발명의 실시예들에 따라 가스를 유입하는 상태를 개념적으로 도시한 것이다.
먼저 도10을 보면, 제1반응가스 및 운반가스는 샤워헤드의 가장자리에 형성된 방출구(140)에서 나와 반응챔버(100) 내의 기판 홀더(120)에 안착된 기판(110)의 가장자리부를 향하여 유입되고(B), 제2반응가스 및 운반가스는 샤워헤드의 중앙에 형성된 방출구(130)에서 나와 기판(110)의 중심부로 유입된다(A). 이렇게 함으로써, 퍼지가스(운반가스)의 직접적인 퍼지효과가 감소되어 퍼지가스의 유입량을 증가시킬 수 있고, 증착속도의 감소도 억제된다. 또한 반응챔버(100) 내의 반응가스 각각은 서로 다른 반응가스의 방출구로 역류하기 힘들게 되고, 그만큼 샤워헤드 내부 및 가스라인의 오염은 방지된다.
이때, 기판(110) 상에 흡착된 제2반응가스의 과도한 퍼지를 방지하기 위해서는, 제1반응가스의 방출구(140)가 기판(110)의 가장자리를 벗어나 되도록 기판(110) 바깥을 향하도록 하는 것이 바람직하다. 이는, 상기한 바와 같은, 그 반경이 기판의 반경보다 크거나 같은 샤워헤드를 사용함으로써 쉽게 이루어진다.
도11 내지 도13은 각각 본 발명의 다른 실시예들에 따라 가스를 유입하는 상태를 개념적으로 도시한 것이다. 도10과 동일한 요소에 대해서는 동일한 참조부호로서 표시하고, 그 상세한 설명을 생략한다.
도11의 실시예는 제1반응가스의 방출구(142)가 제2반응가스의 방출구(130)에 비해 기판(110)쪽으로 더 길게 연장된 구조의 샤워헤드를 사용함으로써, 유입되는 제1반응가스(C)와 제2반응가스(A)의 상호 역류를 더욱 효과적으로 방지할 수 있다. 이는, 상기한 바의 제1반응가스의 방출구가 제2반응가스의 방출구에 비해 아래쪽으로 더 연장되어 있는 샤워헤드를 사용함으로써 쉽게 이루어진다.
도12의 실시예에서는 샤워헤드로는 제2반응가스만 유입하고(A), 제1반응가스는 반응챔버의 측면에서 기판(110) 쪽으로 유입한다(D).
그리고, 도13의 실시예에서는 샤워헤드로는 제2반응가스만 유입하고(A), 제1반응가스는 반응챔버의 아래쪽 가장자리에서 유입한다(E).
한편, 상술한 실시예들에서 제1 및 제2반응가스는 각각 소정 시간 동안 번갈아가며 유입하는 PCVD 방식으로 유입할 수도 있는데, 이하에서는 이를 상세히 설명한다.
먼저, 도10 내지 도13중 어느 하나의 구조를 갖는 반응챔버(100)에 반도체 웨이퍼(110) 또는 다수의 기판이 장착된 웨이퍼 보트(미도시)를 인입하고, 반응챔버(100) 내의 온도와 압력을 소정의 정해진 수준으로 설정하여 안정화한다.
이어서, 제1반응가스 공급라인(도6의 62)에 설치된 밸브(66)를 열어 제1반응가스를 소정 시간 동안 유입한다(B,C,D 또는 E). 그러면, 웨이퍼(110)의 가장자리부를 향하여 유입된 제1반응가스는 웨이퍼(110) 상에 물리적 또는 화학적으로 흡착된다. 이때, 제1반응가스의 원활한 공급을 위해 운반가스를 제1반응가스와 함께 유입할 수 있다. 이 운반가스는 불활성 가스를 사용하고, 퍼지가스를 위한 공급라인(68)을 통해 유입할 수 있다.
이어서, 제1반응가스 공급라인(62)에 설치된 밸브(66)를 닫아 제1반응가스의 공급을 차단하고 소정 시간 동안 퍼지가스를 유입하여 웨이퍼(110) 상에 흡착되지 않고 샤워헤드 및 반응챔버 내부에 남아 있는 반응가스를 퍼지한다. 이때, 제1반응가스와 함께 운반가스를 유입한 경우에는 별도의 퍼지가스를 유입할 필요없이 제1반응가스만 차단하고 운반가스를 계속 유입함으로써 퍼지를 수행한다.
이어서, 제2반응가스를 소정 시간 동안 유입한다(A). 그러면, 웨이퍼(110)의 중심부를 향하여 유입된 제2반응가스는 웨이퍼(110) 상에 흡착되어 있는 제1반응가스와 반응하여 원하는 물질막을 형성한다. 이때 제2반응가스의 원활한 공급을 위해 불활성 가스로 이루어진 운반가스를 제2반응가스와 함께 유입할 수 있다.
이어서, 제2반응가스의 공급을 차단하고 소정 시간 동안 퍼지가스를 유입하여 웨이퍼(110) 상에서 소정의 물질막을 형성하지 않고 샤워헤드 및 반응챔버 내부에 남아있는 반응가스 또는 오염 입자를 퍼지한다. 이때, 제2반응가스와 함께 운반가스를 유입한 경우에는 별도의 퍼지가스를 유입할 필요없이 제2반응가스만 차단하고 운반가스를 계속 유입함으로써 퍼지를 수행한다.
이상과 같은 제1반응가스 유입→퍼지→제2반응가스 유입→퍼지의 사이클을 원하는 두께의 물질막이 형성될 때까지 반복할 수 있다. 또한, 제1반응가스와 제2반응가스중 어느 것을 먼저 유입할 것인가는 형성하고자 하는 막의 성질에 따라 바뀔 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 가스유입 방법을 이용하여 PCVD 방식으로 기판 상에 물질막을 증착한 실험예를 기재한다.
본 실험예에서는 종래의 방법과 본 발명에 따른 방법의 효과를 비교하기 위하여 각각 도3 및 도6에 도시된 샤워헤드를 사용하여 기판 상에 TiN막을 형성하였다. 제1반응가스로서는 NH3, 제2반응가스로서는 TiCl4, 운반 및 퍼지가스로서는 Ar을 사용하였다. 종래의 방법과 본 발명에 따른 방법 각각의 공정조건 및 1사이클은 다음과 같다.
<종래의 방법>
기판온도 : 500℃
압력 : 3torr
1사이클 : NH3100sccm + Ar 120sccm (2초) → Ar 120sccm (4초)
→ TiCl43sccm + Ar 120sccm (2초) → Ar 120sccm (4초)
<본 발명에 따른 방법>
기판온도 : 500℃
압력 : 4torr
1사이클 : NH3100sccm + Ar 600sccm (2초) → Ar 600sccm (4초)
→ TiCl43sccm + Ar 600sccm (2초) → Ar 600sccm (4초)
이상과 같은 조건으로 각각 수십 사이클을 수행하여 얻어진 결과는 다음 표1과 같다.
종래의 방법 | 본 발명에 따른 방법 | |
증착 속도(Å/min) | ?? 30 | > 30 |
오염 입자수 | > 8000 | < 50 |
면저항(μΩ-cm) | 150 | 116 |
면저항의 균일도(%) | 14.3 (표준편차)30 (최대값-최소값) | 8.4 (표준편차)14.1 (최대값-최소값) |
표1로부터 알 수 있는 바와 같이, 증착속도는 두 방법이 비슷하나 기판 상에 형성된 오염 입자수에서는 현격한 차이를 보인다. 즉, 종래의 방법에서는 8000개 이상의 오염 입자가 관찰되었으나, 본 발명에 따른 방법에서는 50개 미만이 관찰되었다. 한편, 전술한 바와 같이 종래의 방법에서 운반 및 퍼지가스(Ar)의 유량을 증가시키면 오염 입자수는 감소한다. 예를 들어, 위와 같은 조건의 종래의 방법에서 Ar의 유량을 600sccm으로 증가하고 나머지 조건은 동일하게 하면, 증착속도는 8Å/min 이하로 떨어졌다. 이러한 낮은 증착속도는 이 방법을 사용하기 어렵게 한다.
또한, 본 발명에 따른 방법은 증착속도 및 오염 입자수에서 뿐만아니라, 면저항 및 그 균일도 면에서도 종래의 방법에 비해 더 좋은 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 즉, 본 실험예에서 증착한 TiN막은 일반적으로 장벽금속층으로 사용되는 만큼 그 면저항이 적을수록 바람직한데, 표1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은 종래의 방법에 비해 더 적은 면저항값이 얻어졌을 뿐만 아니라, 그 균일도 면에서도 우수한 결과를 얻을 수 있다. 참고로, 면저항은 4점 탐침방식으로 기판의 49개 지점에서 측정하였다.
이상 상호 반응성 있는 제1 및 제2반응가스를 유입하는 방법의 본 발명에 따른 실시예 및 실험예를 기재하였는데, 본 발명의 가스유입 방법은 두 가지의 반응가스를 이용하는 증착공정뿐만 아니라, 예를 들어 BST((Ba,Sr)TiO3) 등과 같이 3 이상의 반응가스를 이용하는 증착공정에도 적용가능하다. 이렇게 세 가지의 반응가스를 이용하는 증착공정에서는, 도8에 도시된 바와 같은 샤워헤드(80)를 통하여 반응가스들을 유입할 수 있다. 이때, 가장 역류하기 쉬운 반응가스를 제1반응가스 공급라인(82)를 통하여 기판의 가장자리로 공급하고, 나머지 반응가스들은 제2 및 제3반응가스 공급라인(84, 86)을 통하여 기판의 중심부로 공급한다. 또한, 제2 및 제3반응가스의 상호 반응성이 없거나 약한 경우에는, 도6 또는 도10 내지 도13에 도시된 바와 같은 샤워헤드(60) 또는 가스유입 시스템을 이용할 수도 있는데, 반응성이 강한 어느 하나의 반응가스를 제1반응가스 공급라인(62 또는 140, 142, 144, 146)을 통하여 기판의 가장자리로 유입하고, 나머지 제2 및 제3반응가스는 제2반응가스 공급라인(64 또는 130)을 통하여 기판의 중심부로 유입한다. 이때, 제2 및 제3반응가스는 동시에 유입할 수도 있고, 시차를 두어 순차적으로 유입할 수도 있다.
이상 상술한 바와 같이 본 발명의 가스유입 방법 및 샤워헤드에 따르면, 상호 반응성 있는 반응가스를 하나는 기판의 가장자리부를 향해 유입하고, 나머지는 기판의 중심부를 향해 유입함으로써, 샤워헤드 및 반응챔버 내부에 오염 입자의 생성을 억제하면서 증착속도도 증가하는 효과가 있다.
Claims (19)
- 반응챔버 내에 안착된 기판에 소정의 막을 증착하기 위하여 상호 반응성 있는 제1 및 제2반응가스를 포함하여 2 또는 그 이상의 반응가스들을 상기 반응챔버 안으로 유입하는 방법에 있어서,상기 제1반응가스와 나머지 반응가스는 서로 섞이지 않도록 독립적인 가스 주입구를 통하여, 상기 제1반응가스는 상기 기판의 가장자리부를 향하여 유입하고, 상기 나머지 반응가스는 상기 기판의 중심부를 향하여 유입하는 것을 특징으로 하는 가스유입 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 소정의 막은 원자층 성장법으로 증착되는 것을 특징으로 하는 가스유입 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1반응가스 및 나머지 반응가스는 각각 소정 시간 동안 번갈아가며 유입하는 것을 특징으로 하는 가스유입 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 제1반응가스 및 나머지 반응가스는 각각 원활한 공급을 위한 운반가스와 함께 유입되는 것을 특징으로 하는 가스유입 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 운반가스는 불활성 기체인 것을 특징으로 하는 가스유입 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 제1반응가스 및 나머지 반응가스의 유입 사이에 소정 시간 동안 상기 운반가스만을 유입하여 상기 반응챔버를 퍼지하는 것을 특징으로 하는 가스유입 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 나머지 반응가스에는 상기 제1반응가스와 각각 반응성이 있는 제2 및 제3반응가스가 포함되고, 상기 제2 및 제3반응가스는 동일한 가스 주입구를 통하여 서로 섞이도록 동시에 유입하거나, 서로 섞이지 않도록 시차를 두고 번갈아가며 유입하는 것을 특징으로 하는 가스유입 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 나머지 반응가스에는 상기 제1반응가스와 각각 반응성이 있는 제2 및 제3반응가스가 포함되고, 상기 제2 및 제3반응가스는 서로 섞이지 않도록 독립적인 가스 주입구를 통하여 유입하는 것을 특징으로 하는 가스유입 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1반응가스는 상기 반응챔버의 윗쪽 가장자리에 마련된 가스 주입구를 통하여 윗쪽에서 유입하고, 상기 나머지 반응가스는 상기 반응챔버의 윗쪽 중앙에 마련된 가스 주입구를 통하여 윗쪽에서 유입하는 것을 특징으로 하는 가스유입 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1반응가스는 상기 반응챔버의 측면에 마련된 가스 주입구를 통하여 측면에서 유입하고, 상기 나머지 반응가스는 상기 반응챔버의 윗쪽 중앙에 마련된 가스 주입구를 통하여 윗쪽에서 유입하는 것을 특징으로 하는 가스유입 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1반응가스는 상기 반응챔버의 밑면 가장자리에 마련된 가스 주입구를 통하여 아래쪽에서 유입하고, 상기 제2반응가스는 상기 반응챔버의 윗쪽 중앙에 마련된 가스 주입구를 통하여 윗쪽에서 유입하는 것을 특징으로 하는 가스유입 방법.
- 반응챔버 내에 안착된 기판 상에 소정의 물질을 증착하기 위하여 상기 물질의 일부 원소를 포함하는 제1반응가스, 및 상기 제1반응가스와 반응하여 상기 물질을 형성하는 제2반응가스를 각각 별도의 가스 주입구를 통하여 유입하는 방법에 있어서,(a) 상기 기판의 가장자리부를 향하여 상기 제1반응가스를 소정 시간 동안 유입하는 단계;(b) 상기 제1반응가스의 유입을 차단하고, 상기 반응챔버 내에 잔류하는 반응가스를 퍼지하는 단계;(c) 상기 기판의 중심부를 향하여 상기 제2반응가스를 소정 시간 동안 유입하는 단계; 및(d) 상기 제2반응가스의 유입을 차단하고, 상기 반응챔버 내에 잔류하는 반응가스를 퍼지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스유입 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 (a) 및 (c) 단계 각각은 상기 제1 및 제2반응가스의 원활한 공급을 위하여 운반가스를 함께 유입하고, 상기 (b) 및 (d) 단계 각각은 상기 제1 및 제2반응가스를 차단하고 운반가스만을 계속 유입함으로써 퍼지하는 것을 특징으로 하는 가스유입 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 운반가스는 불활성 기체인 것을 특징으로 하는 가스유입 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 물질을 원하는 두께로 증착하기 위하여 상기 (a) 내지 (d) 단계를 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 가스유입 방법.
- 하부에 기판이 안착된 반응챔버의 상부에 장착되어 제1 및 제2반응가스를 공급하는 샤워헤드에 있어서,상기 샤워헤드의 상면에 형성되고, 상기 제1반응가스의 공급원으로부터 상기 제1반응가스를 공급받는 제1가스 공급구;상기 샤워헤드의 상면에 형성되고, 상기 제2반응가스의 공급원으로부터 상기 제2반응가스를 공급받는 제2가스 공급구;상기 샤워헤드의 저면 가장자리에 형성된 다수의 제1가스 방출구;상기 샤워헤드의 저면 중앙부에 형성된 다수의 제2가스 방출구;상기 샤워헤드의 몸체 내부에 형성되고, 상기 제1가스 공급구와 상기 다수의 제1가스 방출구를 연결하는 제1가스 통로; 및상기 샤워헤드의 몸체 내부에 상기 제1가스 통로와 독립적으로 형성되고, 상기 제2가스 공급구와 상기 다수의 제2가스 방출구를 연결하는 제2가스 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
- 제16항에 있어서, 상기 다수의 제1가스 방출구는 상기 다수의 제2가스 방출구에 비해 아래쪽으로 더 연장되어, 상기 반응챔버 상부에 장착되었을 때, 상기 다수의 제1가스 방출구가 상기 기판에 더욱 근접하도록 한 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
- 제16항에 있어서, 상기 다수의 제1가스 방출구가 형성된 상기 샤워헤드의 저면 가장자리의 반경은, 상기 기판의 반경보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
- 제16항에 있어서,상기 샤워헤드의 상면에 형성되고, 제3반응가스의 공급원으로부터 제3반응가스를 공급받는 제3가스 공급구;상기 샤워헤드의 저면 중앙부에 상기 제2가스 방출구와는 별도로 형성된 다수의 제3가스 방출구; 및상기 샤워헤드의 몸체 내부에 상기 제1 및 제2가스 통로와 독립적으로 형성되고, 상기 제3가스 공급구와 상기 다수의 제3가스 방출구를 연결하는 제3가스 통로를 더 포함하여, 상기 제1, 제2 및 제3반응가스를 각각 독립적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
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