KR20050093187A - 원자층 증착장치 및 그의 세정방법 - Google Patents
원자층 증착장치 및 그의 세정방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20050093187A KR20050093187A KR1020040018438A KR20040018438A KR20050093187A KR 20050093187 A KR20050093187 A KR 20050093187A KR 1020040018438 A KR1020040018438 A KR 1020040018438A KR 20040018438 A KR20040018438 A KR 20040018438A KR 20050093187 A KR20050093187 A KR 20050093187A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- reaction chamber
- cleaning
- reactant
- semiconductor substrate
- layer deposition
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 title claims abstract description 56
- 230000008021 deposition Effects 0.000 title description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 130
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 claims abstract description 42
- 239000012459 cleaning agent Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 90
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 64
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 57
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 52
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 37
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 19
- 239000002736 nonionic surfactant Substances 0.000 claims description 14
- 239000003599 detergent Substances 0.000 claims description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 4
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 42
- 239000010408 film Substances 0.000 description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 9
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 7
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004148 unit process Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 239000002563 ionic surfactant Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C1/00—Magnetic separation
- B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
- B03C1/30—Combinations with other devices, not otherwise provided for
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C13/00—Rolls, drums, discs, or the like; Bearings or mountings therefor
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/82—Recycling of waste of electrical or electronic equipment [WEEE]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
Abstract
본 발명은 생산성을 높일 수 있는 원자층 증착장치 및 그의 세정방법을 개시한다. 본 발명에 따른 원자층 증착장치의 세정방법은, 원자층 증착장치의 반응 챔버 내부를 고온저압으로 유지하는 단계와, 상기 유전막의 형성 시 상기 반응 챔버 내에 유발되는 부산물을 세정하기 위한 세정제를 고온저압 상태의 상기 반응 챔버 내에 주입하는 세정단계를 포함함에 의해 세정시간을 줄일 수 있기 때문에 생산성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 제조설비의 유지 및 관리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD)장치 및 그의 세정방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자는 이온주입공정, 박막공정, 확산공정, 사진공정, 식각공정 등과 같은 다수의 단위공정들을 거쳐서 제조된다. 이러한 단위공정들 중에서, 박막공정은 반도체 소자 제조의 재현성 및 신뢰성에 있어서 개선이 요구되는 필수적인 공정이다.
이때, 박막은 졸겔(sol-gel)방법, 스퍼터링(sputtering)방법, 전기도금(electro-plating)방법, 증기(evaporation)방법, 화학기상증착(chemical vapor deposition)방법, 분자 빔 에피탁시(molecule beam eptaxy)방법, 원자층 증착방법 등에 의하여 반도체 기판 상에 형성된다.
이중에서, 원자층 증착방법은 열분해(pyrolysis)가 아닌 각 반응물의 주기적 공급을 통한 화학적 치환(chemical exchange)으로 반응물(reactant)을 분해하여 박막을 형성할 수 있기 때문에 상기 화학기상증착방법 및 분자 빔 에피탁시 박법에 비해 저온에서 박막공정이 가능하고, 우수한 단차 피복성을 얻을 수 있는 장점이 있다.
이와 같은 원자층 증착방법과, 상기 원자층 증착방법으로 박막을 형성하는 원자층 증착용 반응챔버가 대한민국특허번호 제1020000053415호와, 제1020020024223호에 각각 개시되어 있다. 예컨대, 반도체 소자의 유전막 형성 시, 알루미늄산화막과 같은 유전막을 원자층 증착방법으로 형성하는 반도체 소자의 유전막 형성 방법을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 반도체 기판이 로딩된 반응 챔버에 제 1 반응물, 즉 박막을 이루는 알루미늄과 메틸 리간드로 구성된 트리메틸 알루미늄(Al(CH3)3, "TMA")을 주입한다. 이어서, 물리 결합을 하고 있는 제1 반응물(A)을 불활성 가스의 퍼징(퍼지)에 의하여 제거한다. 이때, 반도체 기판 상에 제1 반응물이 화학흡착된다.
이어서, 제1 반응물이 화학흡착된 반응 챔버에 제2 반응물, 즉 박막을 이루는 산소와 수소 라디칼로 구성된 수증기(H2O)를 주입한다. 이렇게 되면, 제2 반응물은 제1 반응물에 화학적으로 흡착된다.
여기서, 상기 화학흡착된 제2 반응물의 수소 라디칼은 제1 반응물의 메틸 리간드로 이동하여 제1 반응물에서 메틸 리간드가 분리된다. 상기 이동된 제2 반응물의 수소 라디칼은 분리된 제1 반응물의 메틸 리간드와 반응하여 휘발성의 기상물질을 형성한다. 그리고, 반도체 기판 상에는 제1 반응물의 알루미늄과 제2 반응물의 산소의 반응에 의하여 알루미늄 산화막이 형성된다. 이와 같은 제 1 반원물과 제 2 반응물을 순차적으로 교번하여 원하는 두께의 상기 알루미늄 산화막을 형성할 수 있다. 이때, 상기 반도체 기판뿐만 아니라, 상기 원자층 증착장치의 상기 반응챔버 내부에 상기 알루미늄 산화막이 형성되어 증착공정의 불량을 야기시킬 수 있기 때문에 일정 시간 또는 일정 개수의 반도체 기판 상에 알루미늄 산화막 증착 이후 세정공정이 병행되어야 한다.
하지만, 종래 기술에 따른 원자층 증착장치의 세정방법은 일정 개수의 반도체 기판 상에 상기 유전막을 형성하고, 상기 반응챔버를 대기중에 노출시켜 상기 반응챔버와 상기 반응챔버 내부의 구성요소 각각을 분리하고, 알코올과 같은 휘발성물질을 사용하여 상기 반응챔버 및 각 구성요소에 증착된 유전막과 같은 이물질을 세정한 후, 분리된 상기 반응 챔버를 다시 체결한다. 이와 같은 반응 챔버 및 각 구성요소의 세정방법은 아직 체계적으로 정립되어 있지 않아 반응챔버의 세정에 따른 소요시간이 길어지기 때문에 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 반응 챔버의 세정에 따른 소요시간을 단축시켜 생산성을 높일 수 있는 원자층 증착장치 및 그의 세정방법을 제공하는 데 있다.
상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 양태(aspect)에 따라, 원자층 증착장치의 세정방법에 있어서, 원자층 증착장치의 반응 챔버 내부를 고온저압으로 유지하는 단계와, 상기 유전막의 형성 시 상기 반응 챔버 내에 유발되는 부산물을 세정하기 위한 세정제를 고온저압 상태의 상기 반응 챔버 내에 주입하는 세정단계를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양태는, 반도체 기판 상에 유전막을 형성하는 원자층 증착장치의 세정방법에 있어서, 반응 챔버에 반도체 기판을 로딩하는 단계와, 상기 반응 챔버에 제 1 반응물과 퍼지 가스를 순차적으로 주입하는 단계와, 상기 반응 챔버에 제 2 반응물과 퍼지 가스를 순차적으로 주입하는 단계와, 상기 제 1 반응물 및 제 2 반응물에 의해 상기 반도체 기판에 형성되는 박막이 소정두께 이하일 경우 상기 반응 챔버에 상기 제 1 및 제 2 반응물과 퍼지 가스를 각각 배타적으로 주입하여 박막을 형성하는 단계와, 상기 박막이 소정두께 이상 형성될 경우 상기 반응 챔버에서 상기 반도체 기판을 언로딩하는 단계와, 상기 반응 챔버의 사용시간 또는 상기 박막이 형성된 상기 반도체 기판의 개수에 따라 세정주기를 확인하는 단계와, 상기 반응 챔버의 세정주기가 될 경우 원자층 증착장치의 반응 챔버 내부를 고온저압으로 유지하는 단계와, 상기 유전막의 형성 시 상기 반응 챔버 내에 유발되는 부산물을 세정하기 위한 세정제를 고온저압 상태의 상기 반응 챔버 내에 주입하는 세정단계를 포함함하는 세정방법이다.
여기서, 상기 세정제는 비 이온계 계면활성제 및 고휘발성 물질을 포함함이 바람직하다. 또한, 상기 세정단계와 동시 또는 그 후에 적어도 한번 이상의 퍼지가스를 상기 반응 챔버 내에 주입하는 단계를 더 포함함이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 양태는, 외부와 차단되어 소정의 진공압을 갖는 반응 챔버와, 상기 반응 챔버의 하부에서 반도체 기판을 지지하는 서셉터와, 상기 서셉터를 지지하고, 상기 반응 챔버 내부 또는 상기 반도체 기판을 가열하는 히터와, 상기 반응 챔버 내부의 압력을 조절하는 펌프와, 상기 반응 챔버 내부에 공급되는 각종 반응물 또는 퍼지 가스를 상기 반도체 기판의 전면에 균일하게 뿌려주는 샤워 헤드와, 각종 반응물 또는 퍼지 가스가 공급되는 가스 공급관과, 상기 반응 챔버 또는 상기 반응 챔버 내의 각 구성요소를 세정하기 위해 상기 가스 공급관을 통해 상기 반응 챔버에 세정제를 공급하는 공급부를 포함하는 원자층 증착장치이다.
여기서, 상기 세정제 공급부는 비 이온계 계면활성제 및 고휘발성 물질을 구비함이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 원자층 증착장치의 세정방법은, 박막 또는 유전막의 형성 후 고온저압 상태의 반응챔버에 비이온계 계면활성제와 고휘발성물질을 주입하여 상기 반응챔버를 대기중에 노출시키지 않고 신속하게 세정할 수 있기 때문에 생산성을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 또한, 유전막 또는 박막은 서로 혼용되어 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 원자층 증착장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 원자층 증착장치는 외부와 차단되어 소정의 진공압을 갖는 반응 챔버(11)와, 상기 반응 챔버(11)의 하부에서 반도체 기판(10)을 지지하는 서셉터(susceptor; 13)와, 상기 서셉터(13)를 지지하고, 상기 반응 챔버(11) 내부 또는 상기 반도체 기판(10)을 가열하는 히터(heater; 21)와, 상기 반응 챔버(11)에 퍼지(purge) 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급부(31)와, 상기 반응 챔버(11)에 제 1 및 제 2 반응물을 각각 공급하는 제 1 및 제 2 반응물 공급부(32, 33)와, 상기 제 1 및 제 2 반응물과 퍼지 가스가 공급되도록 상기 각 공급부(31, 32, 33)으로부터 상기 반응 챔버(11)에 연결된 가스 공급관(15)과, 상기 가스 공급관(15)을 통해 상기 반응 챔버(11) 내부에 공급되는 제 1 및 제 2 반응물 또는 퍼지 가스를 상기 반도체 기판(10)의 전면에 균일하게 뿌려주는 샤워 헤드(shower head; 17)와, 상기 반응 챔버(11) 내부의 압력을 조절하고, 상기 반응물의 부산물 또는 퍼지가스를 스크러버(23)로 배기시키는 펌프(19)와, 상기 반응 챔버(11) 또는 상기 반응 챔버(11) 내의 각 구성요소를 세정하기 위해 상기 가스 공급관(15)을 통해 상기 반응 챔버(11)에 세정제를 공급하는 세정제 공급부(34)를 포함하여 구성된다.
도시되지는 않았지만, 상기 각 공급부에서 공급되는 퍼지가스, 제 1 및 제 2 반응물, 세정제의 공급을 조절하기 위해 가스 공급관을 개폐하는 밸브(V1, V2, V3, V4)를 제어하고, 상기 반응 챔버의 온도와 압력을 조절하기 위해 상기 히터(21), 펌프(19) 및 스크러브(23)를 제어하는 반도체 설비의 제어부와, 반도체 기판(10) 또는 반도체 기판(10) 상에 형성된 박막 상에 원자층 증착(automic layer deposition)방법으로 박막을 형성하기 위해 상기 제어부에 의해 제어되어 상기 반응 챔버(11) 내부로 상기 반도체 기판(10)을 로딩하거나 원자층 증착방법에 의해 박막이 형성된 상기 반도체 기판(10)을 언로딩하기 위해 상기 반응 챔버(11)의 측벽에 설치된 도어(door) 또는 로드락 챔버(load lock chamber)와, 로봇암과 같은 이송수단을 통해 상기 도어 또는 로드락 챔버로부터 상기 반응 챔버(11) 내부에 로딩된 상기 반도체 기판(10)을 상기 서셉터(13)에 안착시키거나 상기 서셉터(13)에서 이탈시키기 위해 상기 제어부에 의해 제어되고 상기 히터(21)의 내부 또는 하부에 설치된 리프터(lifter)와, 상기 반도체 기판(10)의 박막 증착 시 상기 반도체 기판(10)의 가장자리 단차를 방지하기 위해 상기 서셉터(13) 또는 반도체 기판(10)의 둘레를 감싸도록 형성된 절연링 또는 에지링(edge ring)을 더 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 샤워 헤드(17)는 서로 분리된 2개의 가스 공급관(gas inlet, 15)이 연결되어 있다. 또한, 상기 샤워 헤드(17)에는 상기 가스 공급관(15)을 통해 제 1 반응물, 퍼지 가스, 제 2 반응물, 세정제가 각각 배타적 또는 복합적으로 주입된다. 이때, 상기 제 1 반응물은 금속 반응물이며, 상기 퍼지 가스는 질소 가스나 아르곤과 같은 불활성 가스이며, 제 2 반응물은 수산화기가 포함되지 않은 산화 가스, 예컨대 N2O, O2, O3 또는 CO2 가스이거나 수증기 중 어느 하나로 구성된다. 또한, 상기 세정제는 비 이온계 계면 활성제와 고휘발성 물질의 혼합물로서 상기 반응 챔버(11) 또는 상기 반응 챔버(11)의 각 구성요소에 형성되는 박막과 반응이 활발한 계면 활성제와, 솔벤트(solvent) 또는 알콜(alcohol)과 같은 고휘발성 물질로 이루어진다. 그리고, 제 1 반응물 및 퍼지 가스는 상기 가스 공급관(15)을 통하여 반응 챔버(11) 내부로 주입되고, 제 2 반응물 및 세정제는 상기 가스 공급관(15)을 통하여 반응 챔버(11) 내부로 주입된다. 상기 제 1 반응물과 제 2 반응물(35)및 제 3 반응물의 가스 공급관(15)을 다르게 한 것은 하나의 가스 공급관(15) 내에서 반응하는 것을 억제시키기 위함이다. 상기 제 1 반응물 및 상기 퍼지 가스는 각각 제 1 밸브(V1) 및 제 2 밸브(V2)의 개폐 동작에 의하여 상기 반응 챔버(11) 내부로의 주입이 제어되고, 상기 제 2 반응물및 제 3 반응물은 각각 제 3 밸브(V3), 제 4 밸브(V4)의 개폐동작에 의하여 상기 반응 챔버(11) 내부로의 주입이 제어된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 원자층 증착장치의 박막 형성 방법 및 세정방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 원자층 증착장치의 박막 형성 및 세정방법을 나타낸 블록도이고, 도 3a 내지 3d는 본 발명에 따른 박막 형성 메카니즘을 개략적으로 나타낸 도면이다. 여기서, 상기 원자층 증착장치의 박막 형성 및 세정방법은 공정시간에 따라 상기 제어부에서 출력되는 제어신호에 의해 진행되거나, 일련의 공정시간에 따른 흐름으로 표시될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제어부는 반도체 기판(10)을 반응 챔버(11) 내부에 로딩하고(S100), 상기 반응 챔버(11)를 고온저압으로 유지하도록 제어신호를 출력한다. 여기서, 상기 반응 챔버(11)는 상기 히터(21)를 통해 소정 온도로 가열되고, 펌프(19)를 이용하여 소정 진공압을 유지된다. 예컨대, 상기 반응 챔버(11)는 약 600℃정도의 온도와 약 1Torr(0.7파스칼정도)정도의 고온저압상태로 유지될 수 있다. 이때, 상기 제어부는 상기 제 1 밸브(V1)를 오픈(open) 하여 상기 퍼지 가스를 상기 반응 챔버(11) 내부에 유동(flow)시킨 후, 상기 제 1 밸브(V1)를 차단(off)시킬 수도 있다.
다음, 상기 제어부는 상기 제 2 밸브(V2)를 오픈시켜 상기 제 1 반응물을 상기 샤워헤드(17)로 유입시키고, 상기 제 1 반응물을 반응 챔버(11)로 유입시키고(S110), 상기 제 2 밸브(V2)를 차단한다. 여기서, 상기 반응 챔버(11)로 유입되는 제 1 반응물은 상기 샤워헤드(17)에 의해 상기 반도체 기판(10)의 전면에 균일하게 뿌려지고, 상기 반도체 기판(10)의 표면에 화학흡착된다. 이때, 상기 제 1 반응물이 상온에서 상기 반응 챔버(11)로 유입될 경우, 상기 반응 챔버(11)의 온도와 압력이 급격하게 저하될 수 있기 때문에 상기 제 1 반응물이 소정온도이상으로 가열되어 공급된다. 예컨대, 상기 제 1 반응물이 약 60℃정도에서 약 수 내지 수백 sccm으로 상기 반응 챔버(11)에 공급될 경우, 상기 반응 챔버(11) 또는 상기 반도체 기판(10)은 약 150℃ 내지 약 375℃정도의 온도로 설정되어 가열된다. 예컨대, 상기 제 1 반응물이 트리메틸 알루미늄(Al(CH3)3, TMA)일 경우, 상기 반도체 기판(10)의 표면에 형성되는 제 1 반응물은 도 3a와 같이 나타날 수 있다. 이때, 도 3a에 도시된 'A'는 알루미늄(Al)이고, 'X'는 트리메틸(3(CH3))이다.
이후, 상기 제어부는 상기 제 1 밸브(V1)를 오픈 시켜 상기 반응 챔버(11)에 퍼지 가스를 주입시키고(S120), 상기 제 1 밸브(V1)를 차단한다. 여기서, 상기 퍼지가스는 상기 반도체 기판(10)의 표면에 화학흡착된 제 1 반응물이외에 물리결합하고 있는 제 1 반응물(A)을 제거한다. 이때, 상기 제 1 퍼지가스 주입 시 상기 반응 챔버(11)는 약 133.2파스칼정도의 압력을 갖도록 설정된다. 이후, 상기 제어부는 상기 제 1 밸브(V1)를 차단한 후, 상기 반응 챔버(11)를 고온저압 상태로 유지시킨다. 따라서, 반도체 기판의 표면에 화학흡착된 제 1 반응물은 도 3b와 같이 나타난다. 이때, 도 3b에 도시된 'A'는 알루미늄(Al)이고, 'X'는 트리메틸(3(CH3))이다.
이어서, 상기 제어부는 상기 제 3 밸브(V3)를 오픈 시켜 상기 제 2 반응물을 상기 반응 챔버(11) 내부로 유동시키고(S130), 상기 제 3 밸브(V3)를 차단한다. 여기서0, 상기 제 2 반응물은 상기 반도체 기판(10)의 표면에 형성된 제 1 반응물과 화학흡착된다. 이때, 상기 제 2 반응물은 제 1 반응물과 반응성이 큰 불완전한 물질을 사용한다. 그리고, 제 2 반응물은 상기 제 2 반응물과 제 1 반응물의 박막을 이루는 원소와의 결합 에너지가 상기 제 1 반응물의 박막을 이루는 원소와 리간드와의 결합 에너지보다 큰 물질을 사용한다. 한편, 상기 제 2 반응물과 제 1 반응물의 박막을 이루는 원소와의 결합 에너지가 상기 제 1 반응물의 박막을 이루는 원소와 리간드와의 결합 에너지보다 크기 때문에 제 2 반응물은 제 1 반응물의 박막을 이루는 원소와 결합하려하고 제 1 반응물에서 리간드는 분리된다. 또한, 상기 제 1 반응물로부터 분리된 리간드는 불안정한 상태이므로 리간드간의 결합에 의하여 휘발성의 기상물질을 형성한다. 그리고, 상기 반도체 기판(10) 상에는 제 1 반응물의 박막을 이루는 원소와 제 2 반응물의 반응에 의하여 원자층 단위의 박막이 형성된다. 상기 제 1 반응물 및 제 2 반응물에 의해 반도체 기판(10) 상에 형성된 원자층은 도 3c와 같이 나타난다. 이때, 도 3c에 도시된 'A'는 알루미늄(Al)이고, 'X'는 트리메틸(3(CH3))이고, 'B'는 산소(O)이고, 'Y'는 질소(N)이다. 또한, 'Y'는 산소가 될 수도 있다.
이후, 상기 제어부는 상기 제 1 밸브(V1)를 오픈 시켜 퍼지 가스를 상기 반응 챔버(11)에 주입하고(S140), 상기 제 1 밸브(V1)를 차단한다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 반응물의 반응 부산물인 상기 휘발성의 기상물질은 퍼지 가스에 의하여 상기 펌프(19)로 배기되어 제거된다. 상기 반도체 기판 상에 형성된 원자층은 도 3d와 같이 나타난다. 이때, 도 3d에 도시된 'A'는 알루미늄(Al)이고, 'B'는 산소(O)이다. 따라서, 이와 같은 반응 챔버(11)에 퍼지가스, 제 1 및 제 2 반응물을 순차적으로 주입하여 형성되는 원자층 단위의 박막을 소정두께 이상 형성할 수 있다. 계속하여, 상기 제어부는 상기 반도체 기판 상에 형성된 알루미늄 산화막과 같은 유전막 또는 박막의 두께가 적정 두께인지를 확인하고(S150), 상기 제 1 반응물 및 제 2 반응물에 의해 상기 반도체 기판(10)에 형성되는 박막이 소정두께 이하일 경우 상기 반응 챔버(11)에 상기 제 1 및 제 2 반응물과 퍼지 가스를 각각 배타적으로 주입하여 박막을 형성한다. 즉, 'S110'에서 'S140'의 공정을 사이클적으로 반복한다. 여기서, 상기 제어부는 일립소미터(illipsometer)와 같은 계측기를 통하여 상기 유전막 또는 박막의 두께를 확인하거나, 상기 반응챔버의 사용시간 또는 상기 제 1 및 제 2 반응물의 반응 횟수에 따라 유전막 또는 박막의 두께를 확인할 수 있다. 예컨대, 상기 유전막 또는 박막의 두께는 수십 Å 내지 약 수천 Å정도로 설정된다.
이후, 상기 제어부는 상기 원자층 증착이 완료된 반도체 기판(10)을 반응 챔버(11)에서 취출하고(S160), 반응 챔버(11)의 세정주기를 확인한다(S170). 여기서, 다량의 반도체 기판(10) 상에 원자층 단위의 박막을 형성할 경우, 상기 반도체 기판(10)뿐만 아니라, 상기 반응 챔버(11) 및 반응 챔버(11)의 각 구성요소에 상기 박막이 형성되어 반도체 기판(10)의 로딩 및 언로딩 시 기울어짐을 발생시키는 것과 같은 증착 불량을 유발시킬 수 있기 때문에 원자층 증착장비의 사용시간 또는 반도체 기판(10)의 개수를 일정 주기로 세정공정이 이루어진다. 이때, 상기 제어부는 상기 반응 챔버(11)의 세정주기가 되지 않을 경우, 계속하여 반도체 기판(10)을 상기 반응 챔버(11) 내부로 로딩시켜 박막을 형성한다. 이후, 세정 주기가 되었을 경우, 상기 반응 챔버(11)를 고온저압의 상태로 유지시킨다. 예컨대, 상기 반응 챔버(11)는 약 600℃정도의 온도와, 약 0.7 파스칼 정도의 압력으로 설정된다.
다음, 상기 제어부는 상기 제 4 밸브(V4)를 오픈 시켜 상기 반응 챔버(11)에 계면 활성제 및 고휘발성 물질과 같은 세정제를 주입하고(S180), 상기 제 4 밸브(V4)를 차단한다. 여기서, 상기 계면 활성제는 폴리 에틸렌 글리콜유와 같은 비 이온계 계면 활성제로 이루어진다. 이때, 계면 활성제를 수산화기와 같은 이온계 계면활성제를 사용할 경우, 이후 원자층 증착공정의 불량을 유발할 수 있기 때문에 비 이온계 계면 활성제를 사용하여야만 한다. 또한, 상기 계면 활성제는 상기 산화 알루미늄과 같은 증착물질과 반응하여 상기 챔버 또는 상기 챔버 내부의 각 구성요소를 세정한다. 그리고, 상기 고휘발성 물질은 솔벤트 또는 알콜 성분을 함유하여 상기 비 이온계 계면 활성제 및 산화 알루미늄을 기화시킬 수 있다.
한편, 상기 반응 챔버(11)에 계면 활성제 및 고휘발성 물질이 공급됨과 동시에 또는 이후, 제 1 밸브(V1)를 오픈시켜 상기 퍼지가스를 상기 반응 챔버(11)에 공급하고(S190), 상기 펌프(19)를 통해 상기 계면 활성제 및 고휘발성 물질과, 퍼지가스를 배기시켜 상기 반응 챔버(11) 및 상기 반응 챔버(11) 내부의 각 구성요소들을 세정시킬 수 있다. 이때, 상기 반응 챔버(11)는 약 60℃정도의 온도와 약 133.2 파스칼 정도의 압력을 갖는다.
도 4a 내지 4b는 본 발명에 따른 원자층 증착장치의 세정상태를 보여주기 위한 히터의 세정 전의 사진과 세정 후의 사진으로, 히터(21)의 세정 전에는 상기 히터 (21)상에 반도체 기판(10) 또는 서셉터(13)가 로딩되지 않고 노출된 부분에 원자층이 형성되어 짙은 색을 나타내지만, 상기 히터(21)의 세정 후에는 상기 히터(21)의 전면이 깨끝이 세정됨을 알 수 있다. 이때, 상기 히터(21) 내에 상기 반도체 기판(10)을 로딩/언로딩하기 위한 리프터(25)가 삼각형 모양의 각 꼭지점에 형성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 원자층 증착장치의 세정방법은 비 이온계 계면 활성제 및 고휘발성 물질과 같은 세정제를 반응 챔버(11)내에 유동시켜 상기 반응 챔버(11) 및 상기 반응 챔버(11) 내의 각 구성요소를 신속하게 세정할 수 있기 때문에 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 작업자 또는 사용자는 상기 서셉터(13)와 같은 상기 반응 챔버(11) 내의 각 구성요소에 대한 세정을 확인하여 이들의 세정이 미흡할 경우, 상기 각 구성요소를 교환하고, 이들에 대한 세척을 별도로 진행할 수 있다. 예컨대, 상기 서셉터(13)는 초음파 세척으로 세정되어질 수 있다.
결국, 본 발명에 따른 원자층 증착장치는 반도체 내에 비 이온계 계면 활성제 및 고휘발성 물질과 같은 세정제를 반응 챔버(11)에 유동시킴으로서 종래의 반응 챔버(11) 분리, 세정 및 결합에 의한 세정시간을 줄일 수 있기 때문에 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 제 공하기 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론이다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 원자층 증착장치의 세정방법은 비 이온계 계면 활성제 및 고휘발성 물질과 같은 세정제를 반응 챔버내에 유동시켜 상기 반응 챔버 및 상기 반응 챔버 내의 각 구성요소를 신속하게 세정할 수 있기 때문에 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 원자층 증착장치를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 원자층 증착장치의 박막 형성 및 세정방법을 나타낸 블록도.
도 3a 내지 3d는 본 발명에 따른 박막 형성 메카니즘을 개략적으로 나타낸 도면.
도 4a 내지 4b는 본 발명에 따른 원자층 증착장치의 세정상태를 보여주기 위한 히터의 세정 전의 사진과 세정 후의 사진.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 반도체 기판 11 : 반응 챔버
13 : 서셉터 15 : 가스 공급관
17 : 샤워헤드 19 : 진공펌프
21 : 히터 23 : 스크러버
25 : 리프터 31 : 퍼지 가스 공급부
32 : 제 1 반응물 공급부 33 : 제 2 반응물 공급부
34 : 세정제 공급부
Claims (11)
- 반도체 기판 상에 유전막을 형성하는 원자층 증착장치의 세정방법에 있어서,원자층 증착장치의 반응 챔버 내부를 고온저압으로 유지하는 단계와,상기 유전막의 형성 시 상기 반응 챔버 내에 유발되는 부산물을 세정하기 위한 세정제를 고온저압 상태의 상기 반응 챔버 내에 주입하는 세정단계를 포함함을 특징으로 하는 세정방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 세정제는 비 이온계 계면활성제 및 고휘발성 물질을 포함함을 특징으로 하는 원자층 증착장치의 세정방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 비 이온계 계면활성제는 폴리 에틸렌 글리콜유를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 원자층 증착장치의 세정방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 고휘발성 물질은 솔벤트류 또는 알코올을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 원자층 증착장치의 세정방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 반응 챔버는 약 600도와 약 0.7파스칼정도의 고온저압 상태를 갖는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치의 세정방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 세정단계와 동시 또는 그 후에 적어도 한번 이상의 퍼지가스를 상기 반응 챔버 내에 주입하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 원자층 증착장치의 세정방법.
- 반도체 기판 상에 유전막을 형성하는 원자층 증착장치의 세정방법에 있어서,반응 챔버에 반도체 기판을 로딩하는 단계와,상기 반응 챔버에 제 1 반응물과 퍼지 가스를 순차적으로 주입하는 단계와,상기 반응 챔버에 제 2 반응물과 퍼지 가스를 순차적으로 주입하는 단계와,상기 제 1 반응물 및 제 2 반응물에 의해 상기 반도체 기판에 형성되는 유전막이 소정두께 이하일 경우 상기 반응 챔버에 상기 제 1 및 제 2 반응물과 퍼지 가스를 각각 배타적으로 주입하여 유전막을 형성하는 단계와,상기 유전막이 소정두께 이상 형성될 경우 상기 반응 챔버에서 상기 반도체 기판을 언로딩하는 단계와,상기 반응 챔버의 사용시간 또는 상기 유전막이 형성된 상기 반도체 기판의 개수에 따라 세정주기를 확인하는 단계와,상기 반응 챔버의 세정주기가 될 경우 원자층 증착장치의 반응 챔버 내부를 고온저압으로 유지하는 단계와,상기 유전막의 형성 시 상기 반응 챔버 내에 유발되는 부산물을 세정하기 위한 세정제를 고온저압 상태의 반응 챔버 내에 주입하는 세정 단계를 포함함을 특징으로 하는 세정방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 세정제는 비 이온계 계면활성제 및 고휘발성 물질을 포함함을 특징으로 하는 원자층 증착장치의 세정방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 세정단계와 동시 또는 그 후에 적어도 한번 이상의 퍼지가스를 상기 반응 챔버 내에 주입하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 원자층 증착장치의 세정방법
- 외부와 차단되어 소정의 진공압을 갖는 반응 챔버와,상기 반응 챔버의 하부에서 반도체 기판을 지지하는 서셉터와,상기 서셉터를 지지하고, 상기 반응 챔버 내부 또는 상기 반도체 기판을 가열하는 히터와,상기 반응 챔버 내부의 압력을 조절하는 펌프와,상기 반응 챔버 내부에 공급되는 각종 반응물 또는 퍼지 가스를 상기 반도체 기판의 전면에 균일하게 뿌려주는 샤워 헤드와,각종 반응물 또는 퍼지 가스가 공급되는 가스 공급관과,상기 반응 챔버 또는 상기 반응 챔버 내의 각 구성요소를 세정하기 위해 상기 가스 공급관을 통해 상기 반응 챔버에 세정제를 공급하는 세정제 공급부를 포함함을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 세정제 공급부는 비 이온계 계면활성제 및 고휘발성 물질을 구비함을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040018438A KR20050093187A (ko) | 2004-03-18 | 2004-03-18 | 원자층 증착장치 및 그의 세정방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040018438A KR20050093187A (ko) | 2004-03-18 | 2004-03-18 | 원자층 증착장치 및 그의 세정방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20050093187A true KR20050093187A (ko) | 2005-09-23 |
Family
ID=37274306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020040018438A KR20050093187A (ko) | 2004-03-18 | 2004-03-18 | 원자층 증착장치 및 그의 세정방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20050093187A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113166935A (zh) * | 2018-11-30 | 2021-07-23 | 朗姆研究公司 | 利用间歇调节性清扫的产能提高 |
| US11174549B2 (en) | 2018-11-02 | 2021-11-16 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Substrate processing methods |
-
2004
- 2004-03-18 KR KR1020040018438A patent/KR20050093187A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11174549B2 (en) | 2018-11-02 | 2021-11-16 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Substrate processing methods |
| CN113166935A (zh) * | 2018-11-30 | 2021-07-23 | 朗姆研究公司 | 利用间歇调节性清扫的产能提高 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7453958B2 (ja) | チャンバからＳｎＯ２膜を洗浄するための方法 | |
| US7670646B2 (en) | Methods for atomic-layer deposition | |
| JP4803578B2 (ja) | 成膜方法 | |
| KR100684910B1 (ko) | 플라즈마 처리 장치 및 그의 클리닝 방법 | |
| KR100798552B1 (ko) | 화학 기상 증착된 필름의 인-시츄 후증착 표면 부동태화 방법 | |
| KR102582496B1 (ko) | 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체 | |
| JP4472008B2 (ja) | 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 | |
| US8685866B2 (en) | Method of manufacturing semiconductor device and substrate processing apparatus | |
| JP5219562B2 (ja) | 基板処理装置、基板処理方法及び半導体装置の製造方法 | |
| JP5950892B2 (ja) | 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム | |
| US20090233454A1 (en) | Film formation apparatus for semiconductor process and method for using same | |
| KR20120126012A (ko) | 가스 공급 장치, 열처리 장치, 가스 공급 방법 및 열처리 방법 | |
| US20080166886A1 (en) | Substrate processing apparatus | |
| KR20060063188A (ko) | 화학기상증착장치 및 그를 이용한 화학기상증착방법 | |
| JP4511721B2 (ja) | インサイチュプレクリーニングステップを含むウェーハ上のチタン化学気相堆積法 | |
| KR100989028B1 (ko) | 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치 | |
| CN113519041A (zh) | 基板处理装置、反应容器、半导体器件的制造方法以及记录介质 | |
| KR20050093187A (ko) | 원자층 증착장치 및 그의 세정방법 | |
| KR100631305B1 (ko) | 원자층 증착 설비 및 그 방법 | |
| KR20140077192A (ko) | 인-시튜 수산화 장치 | |
| KR101416172B1 (ko) | 박막 증착 장비의 챔버 세정 방법 | |
| KR100518676B1 (ko) | 반도체소자 제조용 원자층 증착 장치 및 제조 방법 | |
| JP4112591B2 (ja) | 半導体装置の製造方法および基板処理装置 | |
| WO2023181405A1 (ja) | 基板処理装置、処理容器、基板保持具及び半導体装置の製造方法 | |
| WO2023112585A1 (ja) | 基板処理方法、基板処理装置、およびプログラム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |