KR20040082177A - 원자층 증착 장치 - Google Patents

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KR20040082177A
KR20040082177A KR1020030016854A KR20030016854A KR20040082177A KR 20040082177 A KR20040082177 A KR 20040082177A KR 1020030016854 A KR1020030016854 A KR 1020030016854A KR 20030016854 A KR20030016854 A KR 20030016854A KR 20040082177 A KR20040082177 A KR 20040082177A
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김태경
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삼성전자주식회사
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Abstract

반도체 기판 상에 원자층 박막을 증착하기 위한 장치가 개시되어 있다. 반응 챔버의 상부는 개방되어 있으며, 개방된 상부에는 커버가 배치된다. 반응 챔버의 일측에는 반도체 기판과 평행한 방향으로 반응 가스를 펄스 방식으로 공급하기 위한 가스 인젝터가 연결되어 있다. 가스 인젝터는 에지 부위로부터 중심 부위를 향하여 점차 감소되는 길이 및 단면적을 갖는 노즐들을 포함한다. 반응 가스는 가스 인젝터의 에지 부위로부터 중심 부위를 향하여 플로우되며, 상기 노즐들을 통해 반응 챔버로 공급된다. 따라서, 반응 챔버의 내부에는 반응 가스의 균일한 속도 분포가 형성되며, 반도체 기판 상에는 균일한 두께를 갖는 원자층 박막이 형성된다.

Description

원자층 증착 장치{Apparatus for depositing an atomic layer}
본 발명은 원자층 증착 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 펄스(pulse) 방식으로 반응 가스를 공급하여 반도체 기판 상에 원자층 박막을 증착하기 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘웨이퍼 상에 전기적인 회로를 형성하는 팹(Fab) 공정과, 상기 팹 공정에서 형성된 반도체 장치들의 전기적인 특성을 검사하는 공정과, 상기 반도체 장치들을 각각 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 조립 공정을 통해 제조된다.
상기 팹 공정은 반도체 기판 상에 막을 형성하기 위한 증착 공정과, 상기 막을 평탄화하기 위한 화학적 기계적 연마 공정과, 상기 막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정과, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 막을 전기적인 특성을 갖는 패턴으로 형성하기 위한 식각 공정과, 반도체 기판의 소정 영역에 특정 이온을 주입하기 위한 이온 주입 공정과, 반도체 기판 상의 불순물을 제거하기 위한 세정 공정과, 상기 막 또는 패턴이 형성된 반도체 기판의 표면을 검사하기 위한 검사 공정 등을 포함한다.
상기 막 증착 공정은 반도체 기판 상에 다양한 막을 형성하는 공정으로, 화학 기상 증착 방법, 물리 기상 증착 방법 및 원자층 증착 방법이 있다. 최근, 반도체 기판의 집적도 향상에 따라 반도체 기판 상에 미세 패턴들을 형성하는 방법으로원자층 증착 방법이 주목받고 있다. 원자층 증착 방법은 반응 가스를 펄스 방식으로 반도체 기판 상에 공급하여 원자층 단위로 목적하는 막을 증착하는 방법으로 통상의 박막 형성 방법보다 낮은 온도에서 증착 공정을 수행할 수 있고, 우수한 스텝 커버리지를 갖는 장점이 있다.
상기 원자층 적층을 이용한 상기 탄탈륨 나이트라이드를 적층하는 방법에 대한 일 예는 미합중국 특허 제6,203,613호(issued to Gates) 및 문헌 (Kang et al.)(Electrochemical and Solid-State Letters, 4(4) C17-C19 (2001))에 개시되어 있다.
상기 강 등의 방법에 의하면, 상기 TBTDET를 사용하는 원자층 적층 방법에 의해 400μΩ·cm 정도의 비저항 값을 갖는 상기 탄탈륨 나이트라이드 층을 형성할 수 있다. 이때, 상기 적층은 260℃ 정도의 온도에서 수행된다. 이와 같이, 상기 강 등의 방법에 의하면, 상대적으로 낮은 온도에서, 낮은 비저항을 갖는 상기 탄탈륨 나이트라이드 층을 용이하게 형성할 수 있다.
또한, 미합중국 특허 제6,124,158호에 의하면, 제1 반응 물질을 도입하여 처리 표면 상에 반응시켜 반응종이 결합되는 모노층을 형성한다. 그리고, 제2 반응 물질을 도입하여 기판과 반응시켜 원하는 박막을 형성한다. 상기 각 단계들을 수행한 다음, 반응 챔버를 불활성 가스로 퍼지(purge)하여 처리 표면 이외에서의 반응을 저지한다.
원자층 적층을 이용하여 실리콘 나이트라이드(SiN) 박막을 증착할 경우, 기존의 780℃에서 실시하는 LPCVD 공정에 비해 100℃ 이상 온도를 감소시킬 수 있으며 등각성(conformality)이 매우 우수한 박막을 얻을 수 있다.
상기 원자층 적층 방법을 수행하기 위한 장치는 반도체 기판의 상부에 수평 방향으로 배치되는 샤워 헤드를 갖는 장치와, 반도체 기판의 측면에서 반도체 기판과 평행하게 반응 가스를 플로우시키는 장치가 있다. 원자층 적층 방법의 경우 낮은 증착 속도를 개선하기 위해 반응 챔버의 용적을 최대한 줄여야 하므로 최근에는 플로우 타입의 원자층 장착 장치가 주로 사용되고 있다.
상기 플로우 타입의 원자층 증착 장치는 반응 챔버의 일측에 연결되어 반도체 기판의 상부면과 평행한 방향으로 반응 가스를 공급하기 위한 가스 인젝터를 갖는다. 도 1은 종래의 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 원자층 증착 장치(100)는 반도체 기판(10) 상에 원자층 박막을 형성하기 위한 반응 챔버(110)와, 반도체 기판(10)을 지지하기 위한 서셉터(112)와, 상기 원자층 박막을 형성하기 위하여 반응 가스를 펄스 방식으로 반응 챔버(110) 내로 공급하기 위한 가스 인젝터(120)를 포함한다.
가스 인젝터(120)는 반도체 기판(10)의 상부면에 대하여 평행한 방향으로 반응 가스를 공급하기 위한 다수의 노즐(122)들을 갖는다. 반응 가스는 메인 배관(130)을 통해 공급되며, 메인 배관(130)과 가스 인젝터(120)는 한 쌍의 서브 배관(132a, 132b)에 의해 연결되어 있다.
한 쌍의 서브 배관(132a, 132b)은 메인 배관(130)으로부터 분기되어 가스 인젝터(120)의 양측 에지 부위로부터 가스 인젝터(120)의 중심 부위를 향하여 연장된다. 메인 배관(130)으로부터 공급된 반응 가스는 한 쌍의 서브 배관(132a, 132b)을통해 가스 인젝터(120)의 양측 에지 부위로부터 중심 부위를 향해 플로우되며, 다수의 노즐(122)들을 통해 반도체 기판(10) 상으로 공급된다.
반도체 기판(10)은 반응 챔버(110)의 내부에 배치되는 서셉터(112) 상에 지지되며, 가스 인젝터(120)로부터 제공되는 반응 가스는 반도체 기판(10)의 상부면에 대하여 평행한 방향으로 플로우된다.
이때, 반응 가스가 가스 인젝터(120)의 양측 에지 부위로부터 중심 부위를 향하여 플로우되기 때문에 반도체 기판(10)으로 공급되는 반응 가스의 속도 분포는 반도체 기판(10)의 중심 부위와 에지 부위에서 서로 다르게 나타난다. 즉, 도시된 화살표와 같이 반도체 기판(10)의 에지 부위로 공급되는 반응 가스의 유속이 반도체 기판(10)의 중심 부위로 공급되는 유속보다 높게 나타난다.
상기와 같이 반도체 기판(10)의 상부면과 평행하게 플로우되는 반응 가스의 속도 분포가 불균일함에 따라 반도체 기판(10) 상에 형성되는 원자층 박막의 증착 속도가 불균일하게 된다. 따라서, 원자층 증착 공정에 의해 형성되는 원자층 박막의 균일도가 저하된다는 문제점이 발생된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반도체 기판 상에 반응 가스를 균일하게 공급하여 반도체 기판 상에 형성되는 박막의 두께를 균일하게 할 수 있는 원자층 증착 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 가스 인젝터의 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 종래의 가스 인젝터와 도 2에 도시된 가스 인젝터로부터 각각 공급되는 반응 가스의 속도 분포를 보여주기 위한 그래프들이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 반도체 기판 200 : 원자층 증착 장치
210 : 반응 챔버 212 : 서셉터
214 : 히터 216 : 커버
218 : 배출 배관 220 : 가스 인젝터
222 : 제1노즐 224 : 완충기
226 : 제2노즐 230 : 메인 배관
232a, 232b : 서브 배관
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판 상에 막을 형성하는 공정을 수행하기 위한 반응 챔버와, 상기 반응 챔버의 내부에 배치되며, 상기 기판을 지지하기 위한 서셉터와, 상기 반응 챔버의 일측에 연결되어 상기 막을 형성하기 위한 반응 가스를 상기 서셉터에 지지된 기판의 상부면과 평행한 방향으로 공급하기 위한 가스 인젝터(injector)를 포함하되, 상기 가스 인젝터에는 상기 반응 가스를 공급하기 위한 다수의 노즐들이 형성되어 있으며, 상기 다수의 노즐들은 상기 가스 인젝터의 양측 에지 부위로부터 상기 가스 인젝터의 중심 부위로 향하여 점차 감소되는 길이를 각각 갖는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다수의 노즐들은 상기 가스 인젝터의 양측 에지 부위로부터 상기 인젝터의 중심 부위로 향하여 점차 감소되는 단면적을 각각 갖는다. 또한, 상기 반응 챔버와 인접하는 상기 가스 인젝터의 일측면에는 상기 인젝터로부터 공급되는 반응 가스를 완충시켜 수용하기 위한 버퍼 공간을 제공하고, 수용된 반응 가스를 상기 반응 챔버로 균일하게 공급하기 위한 완충기가 연결되어 있다. 상기 완충기는 상기 수용된 반응 가스를 상기 반응 챔버로 균일하게 공급하기 위한 다수의 제2노즐들을 갖다.
반응 가스는 메인 배관 및 한 쌍의 서브 배관을 통해 가스 인젝터로 공급된다. 한 쌍의 서브 배관은 상기 메인 배관으로부터 분기되어 상기 가스 인젝터의 양측 에지 부위로부터 상기 가스 인젝터의 중심 부위를 향하여 연장되며, 상기 다수의 노즐들과 연결된다.
반응 가스는 가스 인젝터의 양측 에지 부위로부터 중심 부위를 향하여 플로우되며, 길이 및 단면적이 점차 감소되는 다수의 노즐들을 통해 반도체 기판으로공급된다. 이에 따라, 반도체 기판으로 공급되는 반응 가스의 속도 분포가 균일하게 형성되며, 반도체 기판 상에는 균일한 두께를 갖는 원자층 박막이 형성된다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 가스 인젝터의 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치(200)는 반응 가스를 이용하여 원자층 증착 공정을 수행하기 위한 반응 챔버(210)와, 반도체 기판(10)을 지지하기 위한 서셉터(212)와, 상기 반응 가스를 펄스 방식으로 반응 챔버(210)의 내부로 공급하기 위한 가스 인젝터(220)를 포함한다.
반응 챔버(210)의 내부에는 서셉터(212)가 배치되어 있으며, 반도체 기판(10)은 서셉터(212) 상에 수평 방향으로 지지된다. 가스 인젝터(220)는 반응 챔버(210)의 일측에 연결되어 있으며, 서셉터(212)에 지지된 반도체 기판(10)의 상부면에 대하여 평행한 방향으로 반응 가스를 공급한다.
반응 챔버(210)와 인접하는 가스 인젝터(220)의 일측면은 평평하게 형성되며, 상기 일측면에 대향하는 타측면에는 콘 형상의 오목부가 형성되어 있다. 반도체 기판(10) 상에 원자층 박막을 형성하기 위한 반응 가스는 가스 인젝터(220)를 관통하여 형성되는 다수의 제1노즐(222)들을 통해 반응 챔버(210)로 공급된다. 다수의 제1노즐(222)들은 상기 오목부가 형성된 타측면과 상기 일측면 사이를 관통하여 나란하게 형성된다. 즉, 다수의 제1노즐(222)들은 가스 인젝터(220)의 양측 에지 부위로부터 가스 인젝터(220)의 중심 부위를 향하여 점차 감소되는 길이를 각각 갖는다.
또한, 가스 인젝터는 도시된 바와는 다르게 형성될 수도 있다. 구체적으로 콘 형상의 오목부가 반응 챔버(210)와 인접하도록 형성될 수도 있다. 다수의 제1노즐들의 길이가 가스 인젝터의 양측 에지 부위로부터 중심 부위를 향하여 감소시키는 조건을 만족하면, 반도체 기판(10) 상에 공급되는 반응 가스의 속도 분포를 개선시킬 수 있기 때문이다.
반응 가스는 가스 공급부(미도시)로부터 메인 배관(230) 및 한 쌍의 서브 배관(232a, 232b)을 통해 공급된다. 한 쌍의 서브 배관(232a, 232b)은 메인 배관(230)으로부터 분기되어 가스 인젝터(220)의 양측 에지 부위로 연장되며, 가스 인젝터(220)의 양측 에지 부위로부터 중심 부위를 향하여 연장되고, 상기 다수의 제1노즐(222)들과 연결된다. 즉, 반응 가스는 메인 배관(230) 및 한 쌍의 서브 배관(232a, 232b)을 통해 가스 인젝터(220)의 양측 에지 부위로부터 중심 부위를 향하여 플로우되며, 다수의 제1노즐(222)들을 통해 반응 챔버(210)로 공급된다.
또한, 다수의 제1노즐(222)들은 가스 인젝터(220)의 양측 에지 부위로부터 가스 인젝터(220)의 중심 부위를 향하여 점차 감소되는 단면적을 갖는다. 반응 가스가 가스 인젝터(220)의 양측 에지 부위로부터 중심 부위를 향하여 플로우됨에 따라 발생하는 반응 가스의 속도 편차는 제1노즐(222)들의 길이 감소 및 단면적 감소에 의해 감소된다. 따라서, 가스 인젝터(220)로부터 공급되는 반응 가스의 속도 분포는 균일하게 형성된다.
가스 인젝터(220)와 반응 챔버(210) 사이에는 가스 인젝터(220)로부터 공급된 반응 가스를 완충시켜 수용하기 위한 공간을 제공하고, 상기 수용된 반응 가스를 반응 챔버(210)로 균일하게 공급하기 위한 다수의 제2노즐(226)들을 갖는 완충기(224)가 배치되어 있다. 가스 인젝터(220)로부터 반응 챔버(210) 내부로 직접적으로 반응 가스가 공급될 경우, 반응 챔버(210)의 내부에는 반응 가스의 난류가 형성될 수 있다. 상기 완충기(224)는 반응 가스의 플로우 특성을 난류에서 층류로 변화시키고, 반응 가스를 균일하게 반응 챔버(210)로 공급하기 위해 제공된다.
상기 가스 인젝터(220)와 완충기(224)를 통해 반응 챔버(210)로 공급된 반응 가스는 균일한 속도 분포 특성을 갖고, 반응 챔버 내부에서 층류를 형성한다. 따라서, 반도체 기판(10) 상에는 균일한 두께를 갖는 원자층 박막이 형성된다.
도 4는 도 2에 도시된 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4를 참조하면, 반응 챔버(210)의 상부는 개방되어 있으며, 반응 챔버(210)의 내부에는 반도체 기판(10)을 지지하기 위한 서셉터(212)가 배치되어 있다. 서셉터(212)의 상부면에는 반도체 기판(10)을 지지하기 위한 지지부가 형성되어 있다. 상기 지지부는 반도체 기판(10)의 형상과 유사한 원형 그루브 형상을 갖는다.
서셉터(212)의 내부에는 반도체 기판(10)의 온도를 기 설정된 반응 온도로 상승시키기 위한 히터(214)가 내장되어 있다. 그러나, 히터(214)는 도시된 것과 다른 구성을 가질 수도 있다.
가스 인젝터(220) 및 완충기(224)는 반응 챔버(210)의 일측에 연결되어 있으며, 서셉터(212)에 지지된 반도체 기판(10)의 상부면과 평행한 방향으로 반응 가스를 펄스 방식으로 공급한다. 가스 인젝터(220) 및 완충기(224)는 반도체 기판(10) 상에 소정의 박막을 형성하기 위한 제1반응 가스와 제2반응 가스를 공급하며, 제1반응 가스 및 제2반응 가스는 질소 가스와 같은 불활성 가스를 캐리어 가스로 하여 반응 챔버(210)로 공급된다. 즉, 가스 인젝터(220)는 제1반응 가스, 제1퍼지 가스, 제2반응 가스 및 제2퍼지 가스의 순으로 기 설정된 공급 시간에 따라 반응 가스 및 퍼지 가스를 공급한다. 퍼지 가스로는 질소 가스와 같은 불활성 가스가 사용될 수 있다.
도시된 바에 따르면, 제1반응 가스와 제2반응 가스가 단일 가스 인젝터(220)를 통해 공급되지만, 각각 다른 가스 인젝터를 통해 공급될 수도 있다. 즉, 도시된 원자층 증착 장치(200)에는 각각의 반응 가스들에 대응하는 다수의 가스 인젝터가 장착될 수 있다.
가스 인젝터(220)를 통해 반도체 기판(10) 상으로 공급된 제1반응 가스에 포함된 제1반응 물질은 반도체 기판(10)의 상부면에 화학적으로 흡착되어 단일 원자층을 형성한다. 이어서, 반응 챔버(210)로 공급되는 퍼지 가스는 반도체 기판(10) 상에 화학적으로 흡착되지 않은 제1반응 물질을 제거한다. 여기서, 화학적으로 흡착되지 않은 제1반응 물질은 반도체 기판(10) 상에 물리적으로 흡착된 제1반응 물질을 의미한다. 이때, 반응 챔버(210)와 연결된 진공 펌프(미도시)에 의해 상기 물리적으로 흡착된 제1반응 물질과 반응 챔버로 공급된 퍼지 가스가 반응 챔버(210)로부터 배출된다.
계속해서, 가스 인젝터(220)는 반응 챔버(210)로 제2반응 물질을 포함하는 제2반응 가스를 공급하고, 상기 제2반응 물질은 반도체 기판(10) 상에 형성된 단일 원자층과 반응하여 목적하는 원자층 단위의 박막을 형성한다. 상기 단일 원자층 상에 물리적으로 흡착된 제2반응 물질은 후속하는 퍼지 가스의 공급 및 진공 펌프의 작동에 의해 반응 챔버(210)로부터 배출된다.
메인 배관(230) 및 한 쌍의 서브 배관(232a, 232b)을 통해 가스 인젝터(220)와 연결되는 가스 공급부(미도시)는 통상의 버블러 타입의 반응 가스 발생기와 반응 가스의 공급 시간 및 공급 유량을 조절하기 위한 통합 가스 공급 유닛(Integrated Gas Supply unit ; IGS unit)을 포함할 수 있다.
반응 챔버(210)의 상부는 개방되어 있으며, 커버(216)에 의해 개폐된다. 반응 챔버(210)의 내부에는 커버(216)에 의해 반도체 기판(10) 상에 원자층 박막을 형성하기 위한 반응 공간이 형성된다.
반응 챔버(210)의 타측에는 반응 챔버(210)로 공급된 반응 가스와 퍼지 가스 및 원자층 증착 공정 중에 발생된 반응 부산물을 배출하기 위한 배출 배관(218)이 연결되어 있다. 도시되지는 않았으나 배출 배관(218)은 진공 펌프와 연결되어 있고, 배출 배관(218) 중에는 압력 제어 밸브, 유량 제어 밸브 등이 설치된다.
한편, 반도체 기판(10)을 반응 챔버(210)로 로딩하는 경우 또는 반응 챔버(210)로부터 언로딩하는 경우, 커버(216)는 상하로 이동된다. 커버(216)의 상부면에는 커버(216)를 이동시키기 위한 이동 패널(240)이 연결되어 있고, 이동 패널(240)의 주연 부위에는 구동력을 전달하기 위한 다수의 구동축(242)들이 연결되어 있으며, 구동축(242)들은 구동력을 제공하기 위한 제1구동부(미도시)와 연결되어 있다. 또한, 서셉터(212)에는 반도체 기판(10)을 서셉터(212) 상으로 로딩 또는 서셉터로부터 언로딩하기 위한 리프팅 부재(244)가 서셉터(212)를 관통하여 설치되어 있고, 리프팅 부재(244)는 제2구동부(미도시)와 연결되어 있다. 그러나, 도시된 바와 다른 구성을 갖는 기판 로딩 유닛이 설치될 수도 있다.
또한, 반응 챔버(210)와 이동 패널(240) 사이에는 원자층 증착 공정이 수행되는 동안 반응 챔버(210)를 외부와 차단하기 위한 밀봉 부재(246)가 개재되어 있다. 상기 밀봉 부재(246)로는 오 링 또는 다양한 단면 형상을 갖는 패킹들이 사용될 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 종래의 가스 인젝터와 도 2에 도시된 가스 인젝터로부터 각각 공급되는 반응 가스의 속도 분포를 보여주기 위한 그래프들이다.
도 5a에 도시된 그래프는 제1노즐이 없는 경우에 대하여 반응 가스의 속도 분포를 나타내고 있다. 즉, 메인 배관 및 서브 배관들로부터 공급된 반응 가스가 반응 챔버로 직접적으로 공급되는 경우를 의미하며, 에지 부위와 중심 부위 사이의 반응 가스의 속도 차이는 약 25m/s이다. 이때, 반응 가스의 유량은 600sccm이며, 도시된 그래프는 가스 인젝터가 있는 경우에 가스 인젝터에 각각 대응하는 위치별로 반응 가스의 속도를 나타내고 있다.
도 5b에 도시된 그래프는 반응 가스의 유량을 600sccm으로 하고, 제1노즐들의 길이를 6mm로 일정하게 형성한 경우의 반응 가스 속도 분포를 나타낸 것이다.상기와 같은 경우, 반응 가스의 속도 차이는 약 80m/s이다.
도 5c에 도시된 그래프는 반응 가스의 유량을 600sccm으로 하고, 제1노즐들의 길이를 약 11mm에서 약 2.5mm 정도까지 감소시킨 경우의 반응 가스 속도 분포를 나타낸 것이다. 도시된 바에 의하면, 반응 가스의 속도 차이는 약 30m/s 정도까지 감소하는 것을 알 수 있다.
도시된 그래프는 제1노즐들의 길이만을 변화시키면서 반응 속도를 측정한 것으로, 이에 더하여 제1노즐들의 단면적을 조절할 경우 더욱 균일한 반응 가스 속도 분포를 얻을 수 있다. 상기와 같이 반응 가스의 속도 분포가 일정하게 형성되는 경우 반도체 기판 상에 형성되는 원자층 박막의 균일도가 향상된다.
한편, 원자층 박막을 형성하는 일 예로써, 도 2 내지 도4에 도시된 원자층 증착 장치를 사용하여 반도체 기판 상에 산화 알루미늄(Al2O3) 박막을 증착하는 공정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 반도체 기판(10)의 로딩을 위해 커버(216)를 수직 방향으로 상승시키고, 반도체 기판(10)이 서셉터(212)에 안착된 후 다시 수직 방향으로 하강시켜 반응 챔버(210)를 밀폐시킨다.
반응 챔버(210)의 내부로 트리 메틸 알루미늄(TMA, Al(CH3)3) 가스를 공급한다. 트리 메틸 알루미늄 가스는 통상의 버블링 방식으로 형성되며, 질소 가스를 캐리어 가스로 하여 반응 챔버(210)로 공급된다. 반응 챔버(210)로 공급된 트리 메틸 알루미늄 가스는 반도체 기판(10)의 상부면과 평행한 플로우를 형성하며, 반도체기판(10) 상에 트리 메틸 알루미늄을 화학적으로 흡착시킨다.
제1퍼지 가스로 질소 가스를 공급하여 반도체 기판(10) 상에 물리적으로 흡착된 트리 메틸 알루미늄을 반응 챔버(210)로부터 제거한다.
트리 메틸 알루미늄 단일 원자층이 형성된 반도체 기판(10) 상에 H2O, O3, 플라즈마 O2또는 N2O 등과 같은 산화 가스를 공급하여 반도체 기판(10) 상에 산화 알루미늄 박막을 형성시킨다.
제2퍼지 가스로 질소 가스를 공급하여 반응 부산물을 제거하여 반도체 기판(10) 상에 단일 원자층 산화 알루미늄 박막을 형성한다.
상기와 같이 반응 가스를 펄스 방식으로 공급하여 단일 원자층 산화 알루미늄 박막을 형성하는 공정을 반복적으로 수행하여 목적하는 두께를 갖는 산화 알루미늄 박막을 형성할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 플로우 타입의 원자층 증착 장치의 가스 인젝터는 에지 부위로부터 중심 부위를 향하여 점차 감소되는 길이 및 단면적을 갖는 다수의 노즐들을 갖는다. 반응 가스는 상기 가스 인젝터의 에지 부위로부터 중심 부위를 향하여 플로우되며, 상기 다수의 노즐들을 통해 반응 챔버로 공급된다. 따라서, 반응 챔버의 내부에는 균일한 반응 가스의 속도 분포가 형성되며, 이로 인하여 반도체 기판 상에는 균일한 두께를 갖는 원자층 박막이 형성된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 기판 상에 막을 형성하는 공정을 수행하기 위한 반응 챔버;
    상기 반응 챔버의 내부에 배치되며, 상기 기판을 지지하기 위한 서셉터; 및
    상기 반응 챔버의 일측에 연결되어 상기 막을 형성하기 위한 반응 가스를 상기 서셉터에 지지된 기판의 상부면과 평행한 방향으로 공급하기 위한 가스 인젝터(injector)를 포함하되,
    상기 가스 인젝터에는 상기 반응 가스를 공급하기 위한 다수의 노즐들이 형성되어 있으며, 상기 다수의 노즐들은 상기 가스 인젝터의 양측 에지 부위로부터 상기 가스 인젝터의 중심 부위로 향하여 점차 감소되는 길이를 각각 갖는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다수의 노즐들은 상기 가스 인젝터의 양측 에지 부위로부터 상기 가스 인젝터의 중심 부위로 향하여 점차 감소되는 단면적을 각각 갖는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반응 챔버와 인접하는 상기 가스 인젝터의 일측면에 연결되며, 상기 가스 인젝터로부터 공급되는 반응 가스를 완충시켜 수용하기 위한 버퍼 공간을 제공하고, 수용된 반응 가스를 상기 반응 챔버로 균일하게 공급하기 위한 완충기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 완충기는 상기 수용된 반응 가스를 상기 반응 챔버로 균일하게 공급하기 위한 다수의 제2노즐들을 갖는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 반응 가스를 공급하기 위한 메인 배관; 및
    상기 메인 배관으로부터 분기되어 상기 가스 인젝터의 양측 에지 부위로부터 상기 가스 인젝터의 중심 부위를 향하여 연장되며, 상기 다수의 노즐들과 연결되는 한 쌍의 서브 배관들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 서셉터와 연결되며, 상기 서셉터에 지지된 기판을 가열하기 위한 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 반응 챔버로 공급된 반응 가스를 배출하기 위한 배출 배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9481929B2 (en) 2013-09-10 2016-11-01 Samsung Display Co., Ltd. Vapor deposition apparatus, vapor deposition method and method of manufacturing organic light emitting display apparatus
CN111593311A (zh) * 2020-06-23 2020-08-28 北京北方华创微电子装备有限公司 用于半导体工艺设备中的靶材和半导体工艺设备
KR20200117930A (ko) * 2020-09-24 2020-10-14 주식회사 넥서스비 박막 증착장치

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