KR20060013121A - A method for depositing thin film using ald - Google Patents

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Abstract

본 발명은 ALD 박막증착방법에 관한 것으로서, 기판이 안착되어 있는 챔버 내부로 제1반응원을 피딩하는 제1피딩단계와, 제1반응원을 챔버로부터 퍼지하는 제1퍼지단계와, 챔버로 제2반응원을 피딩하는 제2피딩단계와, 챔버로부터 제1반응원과 반응하지 않거나 반응하여 생성된 부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계로 구성되는 싸이클을 반복함으로써 기판 상에 박막을 증착하는 ALD 박막증착방법에 있어서, 제1피딩단계와, 제1퍼지단계와, 제2피딩단계와, 제2퍼지단계 중 적어도 하나 이상은, 불연속적인 반복 과정을 통하여 구현되는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to an ALD thin film deposition method, comprising a first feeding step of feeding a first reaction source into a chamber on which a substrate is seated, a first purge step of purging the first reaction source from a chamber, and ALD thin film which deposits a thin film on a substrate by repeating a cycle consisting of a second feeding step of feeding a reaction source and a second purge step of purging by-products which do not react with or react with the first reaction source from the chamber. In the deposition method, at least one of the first feeding step, the first purging step, the second feeding step, and the second purging step is implemented through a discontinuous repetitive process.

Description

ALD 박막증착방법{A method for depositing thin film using ALD}A method for depositing thin film using ALD}

도 1은 종래의 ALD 박막증착방법의 공정 시퀀스를 그래프로 도시한 도면,1 is a graph showing a process sequence of a conventional ALD thin film deposition method,

도 2는 본 발명에 따른 ALD 박막증착방법의 제1실시예의 공정 시퀀스를 그래프로 도시한 도면,2 is a graph showing a process sequence of a first embodiment of an ALD thin film deposition method according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 ALD 박막증착방법의 제2실시예의 공정 시퀀스를 그래프로 도시한 도면,3 is a graph showing a process sequence of a second embodiment of an ALD thin film deposition method according to the present invention;

도 4는 본 발명에 다른 ALD 박막증착방법의 제3실시예의 공정 시퀀스를 그래프로 도시한 도면,4 is a graph showing a process sequence of a third embodiment of an ALD thin film deposition method according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 ALD 박막증착방법의 제4실시예의 공정 시퀀스를 그래프로 도시한 도면,5 is a graph showing a process sequence of a fourth embodiment of an ALD thin film deposition method according to the present invention;

도 6은 본 발명에 따른 ALD 박막증착방법의 제5실시예의 공정 시퀀스를 그래프로 도시한 도면.6 is a graph showing a process sequence of a fifth embodiment of an ALD thin film deposition method according to the present invention;

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명><Description of Signs of Major Parts of Drawings>

S1 ... 제1피딩단계S1 ... first feeding step

S2 ... 제1퍼지단계S2 ... first purge step

S3 ... 제2피딩단계S3 ... second feeding step

S4 ... 제2퍼지단계S4 ... second purge step

S1a, S1b ... 제1서브피딩단계S1a, S1b ... first subfeeding step

S2a, S2b ... 제1서브퍼지단계S2a, S2b ... first sub purge step

S3a, S3b ... 제2서브피딩단계S3a, S3b ... second subfeeding step

S4a, S4b ... 제2서브퍼지단계S4a, S4b ... second sub-purge step

본 발명은 다른 종류의 반응원을 기판이 안착되어 있는 챔버 내부에 피딩 또는 퍼지함으로써, 기판상에 박막을 증착하는 ALD 박막증착방법에 관한 것이다. The present invention relates to an ALD thin film deposition method for depositing a thin film on a substrate by feeding or purging another kind of reaction source into a chamber in which the substrate is seated.

도 1은 종래의 ALD 박막증착방법의 공정 시퀀스를 그래프로 도시한 도면이다. 1 is a graph illustrating a process sequence of a conventional ALD thin film deposition method.

도시된 바와 같이 종의 ALD 박막증착방법은, 기판이 안착되어 있는 챔버 내부로 제1반응원을 피딩하는 제1피딩단계와, 제1반응원을 챔버로부터 퍼지하는 제1퍼지단계와, 챔버로 제2반응원을 피딩하는 제2피딩단계와, 챔버로부터 제1반응원과 반응하지 않은 제2반응원이나 반응하여 생성된 부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계를 한 싸이클로서 여러번 반복함으로써 기판 상에 박막을 증착한다. 상기한 공정 시퀀스를 따라 1 싸이클이 진행될 경우, 기판 상에 1 원자층 또는 1 분자층이 형성된다. As shown, the ALD thin film deposition method includes a first feeding step of feeding a first reaction source into the chamber on which the substrate is seated, a first purge step of purging the first reaction source from the chamber, and a chamber The second feeding step of feeding the second reactant and the second purge step of purging the second reactant which does not react with the first reactant or by-products generated from the chamber are repeated several times as one cycle on the substrate. Deposit a thin film. When one cycle proceeds according to the above process sequence, one atomic layer or one molecular layer is formed on the substrate.

그런데, 반도체 소자를 제조함에 있어 패턴이 형성되어 있는 기판의 표면적은, 패턴이 형성되어 있지 않은 기판의 표면적보다 수백% 이상 크다. 이는, 박막증 착이 진행되기 전의 기판 표면적이, 패턴이 형성됨에 따라 수백% 이상 증가되기 때문이다. 이 경우, 증기압이 낮은 반응원의 경우, 챔버로 충분히 피딩되지 않았을 때 콘택트홀(contact hole)과 같은 패턴 내부까지 충분히 침투하지 못하여 완벽한 박막증착이 진행되지 못하였고, 이는 불량률의 증가와 생산성의 저하를 의미하였다. By the way, in manufacturing a semiconductor element, the surface area of the substrate on which the pattern is formed is several hundred percent or more larger than the surface area of the substrate on which the pattern is not formed. This is because the substrate surface area before the thin film deposition proceeds is increased by several hundred% or more as the pattern is formed. In this case, the reaction source with low vapor pressure did not sufficiently penetrate into the inside of the pattern such as a contact hole when not sufficiently fed into the chamber, and thus perfect thin film deposition did not proceed. Meant.

이에, 챔버로 피딩되는 반응원의 증기량을 늘리기 위하여 반응원을 가열할 필요가 있지만, 대부분의 금속 유기 반응물은 분해온도가 낮기 때문에 온도를 올릴 수 있는 한계가 있었다.Thus, although it is necessary to heat the reaction source in order to increase the amount of vapor of the reaction source fed into the chamber, most of the metal organic reactants have a limit to raise the temperature because the decomposition temperature is low.

또한, 챔버로 반응원을 피딩할 때의 시간을 길게 하여 공급량을 늘리는 방법이 있기는 하지만, 이는 결과적으로 생산성을 저하시키는 원인이 되었다. In addition, although there is a method of increasing the supply amount by lengthening the time when feeding the reaction source into the chamber, this resulted in a decrease in productivity.

특히 버블방식의 경우, 액상의 반응물이 수용된 캐니스터 내부에서, 액상 반응물 상부에 반응물이 증기 상태로 존재하므로, 초기 피딩시 이미 증기상태로 존재하는 반응물이 짧은 시간동안 챔버로 한꺼번에 유입되어 많은 양의 반응물이 공급되기는 하나, 이후에는 액상 반응물이 증기 상태로 변환된 후 챔버로 공급되어야 하므로 피딩 시간이 길어지게 된다. 따라서, 피딩 시간을 늘린다라고 하더라도 실제로 늘어난 시간만큼 비례하여 많은 양의 반응물이 챔버로 공급되지 않게 된다라는 문제점이 있었다. Particularly in the case of the bubble type, since the reactants exist in the vapor state in the upper part of the canister containing the liquid reactants, the reactants already present in the vapor state at the time of initial feeding flow into the chamber at a time for a short time. Although supplied, the feeding time is lengthened since the liquid reactant must be converted into a vapor state and then supplied to the chamber. Therefore, even if the feeding time is increased, there is a problem that a large amount of reactants are not supplied to the chamber in proportion to the actually increased time.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 보다 짧은 시간동안 많은 양의 반응원을 챔버로 공급할 수 있도록 할 수 있는 ALD 박막증 착방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an ALD thin film deposition method capable of supplying a large amount of reaction source to the chamber for a shorter time.

본 발명의 다른 목적은, 기판 위에서 반응원이 반응하고 남은 부산물을 제거할 수 있는 시간을 제공함으로써, 추가 공급되는 반응원이 기판 표면에서 반응이 극대화될 수 있도록 하는, 특히 콘택트홀 내부까지 침투되어 충분한 반응이 이루어지도록 할 수 있는 ALD 박막증착방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide a time for the reaction source to react on the substrate to remove the by-products, so that the additionally supplied reaction source is penetrated to the inside of the contact hole, in order to maximize the reaction at the substrate surface. It is an object of the present invention to provide an ALD thin film deposition method capable of sufficient reaction.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막증착방법은, In order to achieve the above object, the thin film deposition method according to the present invention,

기판이 안착되어 있는 챔버 내부로 제1반응원을 피딩하는 제1피딩단계와, 상기 제1반응원을 상기 챔버로부터 퍼지하는 제1퍼지단계와, 상기 챔버로 제2반응원을 피딩하는 제2피딩단계와, 상기 챔버로부터 상기 제1반응원과 반응하지 않거나 반응하여 생성된 부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계로 구성되는 싸이클을 반복함으로써 상기 기판 상에 박막을 증착하는 ALD 박막증착방법에 있어서, 상기 제1피딩단계와, 상기 제1퍼지단계와, 상기 제2피딩단계와, 상기 제2퍼지단계 중 적어도 하나 이상은, 불연속적인 반복 과정을 통하여 구현되는 것을 특징으로 한다.A first feeding step of feeding a first reaction source into the chamber in which the substrate is seated, a first purging step of purging the first reaction source from the chamber, and a second feeding of a second reaction source into the chamber In the ALD thin film deposition method of depositing a thin film on the substrate by repeating a cycle consisting of a feeding step and a second purge step of purging by-products generated by not reacting or reacting with the first reaction source from the chamber, At least one or more of the first feeding step, the first purging step, the second feeding step, and the second purging step may be implemented through a discontinuous repetition process.

본 발명에 있어서, 상기 제1피딩단계는 적어도 2 회 이상의 제1서브피딩단계로 구성되고, 상기 제1퍼지단계는 적어도 2 회 이상의 제1서브퍼지단계로 구성되되, 상기 제1서브피딩단계와 상기 제1서브퍼지단계는 상호 교번으로 수행된다. 이때, 상기 제1피딩단계와 제1퍼지단계가 진행되는 시간을 상기 제2피딩단계와 제2퍼지단계가 진행되는 시간보다 줄임으로써, 생산성을 향상시킬 수도 있다.In the present invention, the first feeding step includes at least two first subfeeding steps, and the first purging step includes at least two first subpurge steps, wherein the first subfeeding step includes: The first sub purge steps are alternately performed. In this case, productivity may be improved by reducing the time between the first feeding step and the first purge step than the time between the second feeding step and the second purge step.

본 발명에 있어서, 상기 제2피딩단계는 적어도 2 회 이상의 제2서브피딩단계 로 구성되고, 상기 제2퍼지단계는 적어도 2 회 이상의 제2서브퍼지단계로 구성되되, 제2서브피딩단계와 제2서브퍼지단계는 상호 교번으로 수행된다. In the present invention, the second feeding step is composed of at least two second subfeeding steps, and the second purging step is composed of at least two second subpurge steps, wherein the second subfeeding step and the second subfeeding step are performed. The two sub purge steps are alternately performed.

본 발명에 있어서, 상기 제1피딩단계는 적어도 2 회 이상의 제1서브피딩단계로 구성되고, 상기 제1퍼지단계는 적어도 2 회 이상의 제1서브퍼지단계로 구성되되, 상기 제1서브피딩단계와 제1서브퍼지단계는 상호 교번으로 수행되고, 상기 제2피딩단계는 적어도 2 회 이상의 제2서브피딩단계로 구성되고, 상기 제2퍼지단계는 적어도 2 회 이상의 제2서브퍼지단계로 구성되되, 상기 제2서브피딩단계와 제2서브퍼지단계는 상호 교번으로 수행된다.In the present invention, the first feeding step includes at least two first subfeeding steps, and the first purging step includes at least two first subpurge steps, wherein the first subfeeding step includes: The first sub-purge step is performed alternately with each other, the second feeding step is composed of at least two second sub-feeding step, the second purge step is composed of at least two second sub-purge step, The second sub feeding step and the second sub purge step are alternately performed.

본 발명에 있어서, 상기 제1퍼지단계 및 제2퍼지단계는, Ar 또는 N2 등 불활성 가스를 사용한다. In the present invention, the first purge step and the second purge step use an inert gas such as Ar or N 2 .

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 ALD 박막증착방법은, In order to achieve the above object, ALD thin film deposition method according to the present invention,

기판이 안착되어 있는 챔버 내부를 펑핑하는 동안에, 상기 챔버 내부로 제1반응원을 피딩하는 제1피딩단계와, 상기 제1피딩단계 이후에 상기 챔버로 제2반응원을 피딩하는 제2피딩단계와, 상기 챔버로부터 상기 제1반응원과 반응하지 않거나 반응하여 생성된 부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계로 구성되는 싸이클을 반복함으로써 상기 기판 상에 박막을 증착하는 ALD 박막증착방법에 있어서, 상기 제1피딩단계는, 적어도 2 회 이상의 제1서브피딩단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.The first feeding step of feeding a first reaction source into the chamber while the inside of the chamber on which the substrate is seated, and the second feeding step of feeding a second reaction source into the chamber after the first feeding step. And depositing a thin film on the substrate by repeating a cycle consisting of a second purge step of purging a by-product generated by not reacting with or reacting with the first reaction source from the chamber. The first feeding step may include at least two first sub-feeding steps.

이하, 본 발명에 따른 ALD 박막증착방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, ALD thin film deposition method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 ALD 박막증착방법은, 제1피딩단계와, 제1퍼지단계와, 제2피딩단계와, 제2퍼지단계로 구성되는 싸이클을 반복함으로써 기판 상에 박막을 증착하는데, 이때 제1피딩단계, 제1퍼지단계, 제2피딩단계, 및 제2퍼지단계 중 적어도 하나 이상은, 불연속적인 반복 단계를 통하여 구현된다. 이를 상세히 설명하면 다음과 같다. As shown, the ALD thin film deposition method according to the present invention, the thin film is deposited on the substrate by repeating the cycle consisting of the first feeding step, the first purge step, the second feeding step, the second purge step In this case, at least one or more of the first feeding step, the first purging step, the second feeding step, and the second purging step may be implemented through a discontinuous repetition step. This will be described in detail as follows.

도 2는 본 발명에 따른 ALD 박막증착방법의 제1실시예의 공정 시퀀스를 그래프로 도시한 도면이다. 2 is a graph showing a process sequence of the first embodiment of the ALD thin film deposition method according to the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 ALD 박막증착방법의 제1실시예는, 기판이 안착되어 있는 챔버 내부로 제1반응원을 피딩하는 제1피딩단계(S1)와, 제1반응원을 챔버로부터 퍼지하는 제1퍼지단계(S2)와, 챔버로 제2반응원을 피딩하는 제2피딩단계(S3)와, 챔버로부터 제1반응원과 반응하지 않거나 반응하여 생성된 부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계(S4)로 구성되는 싸이클을 반복함으로써 기판 상에 박막을 증착한다. 상기한 공정 시퀀스를 따라 1 싸이클이 진행될 경우, 기판 상에 1 원자층 또는 1 분자층이 형성된다. 이때, 챔버를 퍼지시키기 위한 가스로서 Ar 이나 N2 등 불활성가스를 사용한다. As shown, the first embodiment of the ALD thin film deposition method according to the present invention, the first feeding step (S1) for feeding the first reaction source into the chamber on which the substrate is seated, the first reaction source chamber A first purge step (S2) to purge from; a second feeding step (S3) to feed a second reactant into the chamber; and a second purge of by-products generated by not reacting with or reacting with the first reactant from the chamber. The thin film is deposited on the substrate by repeating the cycle consisting of the purge step (S4). When one cycle proceeds according to the above process sequence, one atomic layer or one molecular layer is formed on the substrate. At this time, an inert gas such as Ar or N 2 is used as a gas for purging the chamber.

제1피딩단계(S1)는 적어도 2 회 이상의 제1서브피딩단계로 구성되고, 제1퍼지단계(S2)는 적어도 2 회 이상의 제1서브퍼지단계로 구성되되 제1서브피딩단계와 제1서브퍼지단계는 상호 교번으로 수행된다. 본 실시예에서는 설명을 위하여, 제1피딩단계(S1)는 2 회의 제1서브피딩단계(S1a)(S1b)로 구성되고, 제1퍼지단계(S2)도 2 회의 제1서브퍼지단계(S2a)(S2b)로 구성되는 투스텝 단계를 예로써 설명한다. 그러나, 이는 일 실시예에 불과하고 3 회 이상의 서브단계로 구성되는 멀티스텝(multi step)도 가능함은 물론이다.The first feeding step S1 is composed of at least two first subfeeding steps, and the first purging step S2 is composed of at least two first subpurge steps, wherein the first subfeeding step and the first subfeeding step are performed. The purge steps are performed alternately. In the present embodiment, for the sake of explanation, the first feeding step S1 includes two first subfeeding steps S1a and S1b, and the first purge step S2 also includes two first subpurge steps S2a. The two-step step composed of step S2b will be described as an example. However, this is only one embodiment, and of course, a multi step consisting of three or more substeps is also possible.

제1실시예의 경우, 전체적인 공정 시퀀스는, 제1서브피딩단계(S1a) -> 제1서브퍼지단계(S2a) -> 제1서브피딩단계(S1b) -> 제1서브퍼지단계(S2b)를 통하여 제1피딩단계(S1)와 제1퍼지단계(S2)를 수행하고, 이후에 제2피딩단계(S3) -> 제2퍼지단계(S4)를 통하여 1 싸이클의 ALD 공정을 수행하는 것이다. In the case of the first embodiment, the overall process sequence includes a first subfeeding step S1a-> a first subpurge step S2a-> a first subfeeding step S1b-> a first subpurge step S2b. The first feeding step S1 and the first purge step S2 are performed, and thereafter, the ALD process of one cycle is performed through the second feeding step S3-> second purging step S4.

이와 같이, 각각의 제1피딩단계와 제1퍼지단계를 원스텝에 의하여 수행하는 것이 아닌 투스텝으로 나누어 수행함으로써, 챔버로 충분한 양의 반응원을 상대적으로 짧은 시간내에 공급할 수 있고, 기판상에서의 표면 반응을 극대화시킬 수 있다. 본 실시예는, 증기압이 낮은 반응원일 경우에 더욱 효과적이며, 특히 반응원을 버블방식으로 생성하는 경우에 더더욱 효과적이다. In this way, by performing each of the first feeding step and the first purge step in two steps instead of one steps, a sufficient amount of reaction source can be supplied to the chamber in a relatively short time, and the surface reaction on the substrate Can be maximized. This embodiment is more effective in the case of a low vapor pressure reaction source, and more particularly in the case of generating the reaction source in a bubble manner.

ALD 박막증착방법을 수행하는 통상적인 프로세스 모듈(PM)은, 반응원박스(source box), 챔버, 반응원박스의 반응원을 챔버로 이송하는 가스박스(gas box)로 구성된다. 이때, 반응원박스는 액상의 반응원이 담겨진 캐니스터와, 캐니스터에 장착된 온/오프 밸브로 구성되며, 온/오프 밸브는 가스박스 라인과 연결된다. 온/오프 밸브를 통하여 발생되는 반응원 증기의 양은, 반응원의 증기압 정도나 캐니스터의 가열 또는 냉각 정도에 따라 달라진다. A typical process module (PM) for performing the ALD thin film deposition method is composed of a reaction box (source box), the chamber, the gas box (gas box) for transferring the reaction source of the reaction source box to the chamber. At this time, the reaction source box is composed of a canister containing the reaction source of the liquid phase, the on / off valve mounted on the canister, the on / off valve is connected to the gas box line. The amount of reaction source steam generated through the on / off valve depends on the degree of vapor pressure of the reaction source or the degree of heating or cooling of the canister.

온/오프 밸브를 개방하면, 캐니스터 내부에 이미 증기 상태로 존재하는 반응원이 급격하게 챔버로 공급되다가 이후 공급량이 급격히 감소한다. 이는, 액상의 반응원이 기상으로 변환될때까지 시간이 필요하기 때문이다. 따라서, 온/오프 밸브를 계속 개방할 경우에도 챔버로 공급되는 반응원의 양은 개방 시간에 비례하지 않게 된다. 따라서, 한번에 긴 시간동안 반응원을 공급하는 것보다, 본 실시예에서처럼 여러번에 나누어 반응원을 공급하는 것이 효과적이다. When the on / off valve is opened, the reaction source which is already in the vapor state inside the canister is supplied to the chamber abruptly, and then the supply amount is drastically reduced. This is because time is required until the reaction source in the liquid phase is converted into the gas phase. Therefore, even when the on / off valve is continuously opened, the amount of reaction source supplied to the chamber is not proportional to the opening time. Therefore, it is more effective to supply the reaction source in several portions as in the present embodiment, rather than supplying the reaction source for a long time at a time.

이와 같이, 제1반응원을 투스텝으로 나누어서 챔버로 공급함으로써 보다 짧은 시간동안 보다 많은 양의 반응원의 공급이 가능하고, 따라서 콘택트홀(contact hole)과 같은 패턴이 있는 경우에도 충분한 박막증착을 기대할 수 있다. As such, by supplying the first reaction source in two steps and supplying it to the chamber, a larger amount of reaction source can be supplied for a shorter time. Therefore, even when there is a pattern such as a contact hole, sufficient thin film deposition can be expected. Can be.

또한, 제1반응원의 피딩뿐만 아니라 퍼지도 투스텝으로 진행함으로써, 기판 상에서 첫 번째로 공급된 제1반응원에 의해 형성된 부산물을 기판상에서 2 회에 걸쳐 제거할 수 있게 되고, 따라서 제2반응원의 공급시 표면 반응을 극대화 시킬 수 있다.In addition, by feeding the first reaction source as well as the purge in two steps, by-products formed by the first reaction source first supplied on the substrate can be removed twice on the substrate, and thus the second reaction source. It can maximize the surface reaction at the time of supply.

상기한 예를 이용하여 ALD 방식으로 기판상에 HfO2 박막을 증착하는 예를 설명한다. An example of depositing an HfO 2 thin film on a substrate by the ALD method will be described using the above example.

ALD 방식으로 형성되는 HfO2 박막의 경우, DRAM 소자에 있어 캐패시터(capacitor) 박막으로 많이 연구되고 양산용으로 사용이 검토되고 있는 박막이다. 그런데 HfO2 박막을 증착하기 위하여 제1반응원으로 TEMAHf, Hf(t-BuO)나 TDMAHf 등을 사용하여야 하는데, 이들 제1반응원의 증기압은 상당히 낮다(예: TEMAHF 0.5Torr at 70 deg C). 따라서, 증기압이 낮은 제1반응원을 이용하여 박막을 증착할 때, 단위 시간당 공급되는 증기량은 작게 되고, 따라서 종횡비(aspect ratio)가 20 : 1 이상인 콘택트홀 내부로 제1반응원이 충분히 침투되도록 하기가 매우 어려 웠다. The HfO2 thin film formed by the ALD method is a thin film that has been widely studied as a capacitor thin film in DRAM devices and is being considered for mass production. However, in order to deposit HfO2 thin films, TEMAHf, Hf (t-BuO) or TDMAHf should be used as the first reaction source, and the vapor pressure of the first reaction source is considerably low (eg, TEMAHF 0.5 Torr at 70 deg C). Therefore, when the thin film is deposited using the first reaction source having a low vapor pressure, the amount of vapor supplied per unit time is small, so that the first reaction source is sufficiently penetrated into the contact hole having an aspect ratio of 20: 1 or more. It was very difficult to do

그러나, TEMAHf, Hf(t-BuO)나 TDMAHf 등과 같은 제1반응원의 피딩을 투스텝으로 나누어 진행하고, 제1반응원의 퍼지를 투스텝으로 나누어 진행함으로써 보다 효과적인 박막증착이 가능하다. However, more efficient thin film deposition is possible by dividing the feed of the first reactant such as TEMAHf, Hf (t-BuO), TDMAHf, etc. in two steps and dividing the purge of the first reactant in two steps.

[표 1]은 원스텝의 제1피딩단계(S1), 제1퍼지단계(S2), 제2피딩단계, 제2퍼지단계로 이루어진 종래의 ALD 박막증착방법과, 투스텝의 제1피딩단계(S1a)(S1b) 및 제1퍼지단계(S2a)(S2b)와, 원스텝의 제2피딩단계(S3) 및 제2퍼지단계(S4)로 이루어진 본 발명의 ALD 박막증착방법에 있어서 두께 분포를 비교한 표이다. 여기서, 제1반응원은 TEMAHf 이고, 제2반응원은 O3 으로 하였다.[Table 1] shows a conventional ALD thin film deposition method comprising a one-step first feeding step S1, a first purge step S2, a second feeding step and a second purge step, and a two-step first feeding step S1a. In the ALD thin film deposition method of the present invention consisting of (S1b) and the first purge step (S2a) (S2b), the second feeding step (S3) and the second purge step (S4) of one step was compared Table. Here, the first reaction source was TEMAHf, and the second reaction source was O3.

[표 1을 참조하면, 종래의 ALD 박막증착방법으로 진행했을 경우 기판상에 형성된 박막 두께는 29.94Å 이고, 본 발명의 ALD 박막증착방법으로 진행했을 경우 박막 두께가 30. 76Å 인 것으로 보아, 투스텝으로 이루어진 본원의 경우 종래보다 많은 양의 반응원이 공급된 것을 알 수 있다. 그리고, 평탄도에 있어서도 큰 유의차를 볼 수 없었다. Referring to Table 1, the thickness of the thin film formed on the substrate was 29.94 kPa when the ALD thin film deposition method was carried out, and the thin film thickness was 30.76 kPa when the ALD thin film deposition method of the present invention was carried out. In the case of the present application, it can be seen that a large amount of the reaction source is supplied. And no significant difference was seen also in flatness.

[표 1]TABLE 1

Process time(sec)Process time (sec) 두께(Å)Thickness 평균Average 평탄도 (uniformity)Uniformity 종래Conventional S1/S2/S3/S4S1 / S2 / S3 / S4 29.9429.94 1.51.5 본발명 (2step)Invention (2 step) (S1a)/(S2a)/(S1b)/(S2b)/(S3)/(S4)(S1a) / (S2a) / (S1b) / (S2b) / (S3) / (S4) 30.7630.76 1.881.88

도 3은 본 발명에 따른 ALD 박막증착방법의 제2실시예의 공정 시퀀스를 그래프로 도시한 도면이다. 3 is a graph showing a process sequence of a second embodiment of an ALD thin film deposition method according to the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 ALD 박막증착방법의 제2실시예는, 기판이 안착되어 있는 챔버 내부로 제1반응원을 피딩하는 제1피딩단계(S1')와, 제1반응원을 챔버로부터 퍼지하는 제1퍼지단계(S2')와, 챔버로 제2반응원을 피딩하는 제2피딩단계(S3)와, 챔버로부터 제1반응원과 반응하지 않거나 반응하여 생성된 부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계(S4)로 구성되는 싸이클을 반복함으로써 기판 상에 박막을 증착한다. 상기한 공정 시퀀스를 따라 1 싸이클이 진행될 경우, 기판 상에 1 원자층 또는 1 분자층이 형성된다. 이때, 챔버를 퍼지시키기 위한 가스로서 Ar 이나 N2 등 불활성가스를 사용한다. As shown, the second embodiment of the ALD thin film deposition method according to the present invention, the first feeding step (S1 ') for feeding the first reaction source into the chamber on which the substrate is seated, and the first reaction source A first purge step S2 ′ purging from the chamber, a second feeding step S3 feeding a second reactant to the chamber, and a by-product generated by not reacting or reacting with the first reactant from the chamber; The thin film is deposited on the substrate by repeating the cycle consisting of the second purge step (S4). When one cycle proceeds according to the above process sequence, one atomic layer or one molecular layer is formed on the substrate. At this time, an inert gas such as Ar or N 2 is used as a gas for purging the chamber.

생산성을 향상시키기 위하여, ALD 싸이클을 이루는 시간을 줄여야 하는데, 제2실시예에서는 제1피딩단계와 제1퍼지단계를 수행하는 시간을 줄일 수 있다. 본 발명의 경우, 제1피딩단계 및 제1퍼지단계 각각의 멀티스텝, 본 실시예에서는 투스텝으로 진행함으로써 짧은 시간동안 보다 많은 양의 제1반응원 공급과 퍼지가 가능하다. In order to improve productivity, the time required to achieve the ALD cycle should be shortened. In the second embodiment, the time for performing the first feeding step and the first purge step can be reduced. In the case of the present invention, the multi-step of each of the first feeding step and the first purge step, in this embodiment, can be carried out in two steps, so that a larger amount of the first reactant supply and purge can be performed for a short time.

제1실시예에서는 제1피딩단계(S1a)(S1b) 및 제1퍼지단계(S2a)(S2b)가 진행되는 총 시간과, 제2피딩단계(S3)와 제2퍼지단계(S4)가 진행되는 시간이 동일하였으나, 제2실시예에서는 제1피딩단계(S1a')(S1b')와 제1퍼지단계(S2a')(S2b')가 진행되는 시간을 제2피딩단계(S3)와 제2퍼지단계(S4)가 진행되는 시간보다 줄임으로써, 생산성을 향상시킬 수 있다. 이는, 제1피딩단계와 제2퍼지단계 각각이 멀티 스텝으로 진행되어 보다 짧은 시간동안에 챔버로 제1반응원을 피딩하고 퍼지할 수 있기 때문이다. In the first embodiment, the total time during which the first feeding step S1a, S1b and the first purge step S2a, S2b proceeds, and the second feeding step S3 and the second purge step S4 proceed. In the second embodiment, the first feeding step S1a ', S1b' and the first purge step S2a ', S2b' are performed. By reducing the time period during which the second purge step S4 proceeds, productivity can be improved. This is because each of the first feeding step and the second purging step can be multi-stepped to feed and purge the first reaction source into the chamber for a shorter time.

도 4는 본 발명에 다른 ALD 박막증착방법의 제3실시예의 공정 시퀀스를 그래프로 도시한 도면이다. 4 is a graph showing a process sequence of a third embodiment of an ALD thin film deposition method according to the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 ALD 박막증착방법의 제3실시예는, 기판이 안착되어 있는 챔버 내부로 제1반응원을 피딩하는 제1피딩단계(S1)와, 제1반응원을 챔버로부터 퍼지하는 제1퍼지단계(S2)와, 챔버로 제2반응원을 피딩하는 제2피딩단계(S3)와, 챔버로부터 제1반응원과 반응하지 않거나 반응하여 생성된 부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계(S4)로 구성되는 싸이클을 반복함으로써 기판 상에 박막을 증착한다. 상기한 공정 시퀀스를 따라 1 싸이클이 진행될 경우, 기판 상에 1 원자층 또는 1 분자층이 형성된다. 이때, 챔버를 퍼지시키기 위한 가스로서 Ar 이나 N2 등 불활성가스를 사용한다. As shown, the third embodiment of the ALD thin film deposition method according to the present invention, the first feeding step (S1) for feeding the first reaction source into the chamber on which the substrate is seated, and the first reaction source chamber A first purge step (S2) to purge from; a second feeding step (S3) to feed a second reactant into the chamber; and a second purge of by-products generated by not reacting with or reacting with the first reactant from the chamber. The thin film is deposited on the substrate by repeating the cycle consisting of the purge step (S4). When one cycle proceeds according to the above process sequence, one atomic layer or one molecular layer is formed on the substrate. At this time, an inert gas such as Ar or N 2 is used as a gas for purging the chamber.

제2피딩단계(S3)는 적어도 2 회 이상의 제2서브피딩단계로 구성되고, 제2퍼지단계는 적어도 2 회 이상의 제2서브퍼지단계로 구성되되, 제2서브피딩단계와 제2서브퍼지단계는 상호 교번으로 수행된다. 본 실시예에서는 설명을 위하여, 제2피딩단계(S3)는 2 회의 제2서브피딩단계(S3a)(S3b)로 구성되고, 제2퍼지단계(S4) 역시 2 회의 제2서브퍼지단계(S4a)(S4b)로 구성되는 투스텝 단계를 예로써 설명한다. 그러나, 이 역시 일 실시예에 불과하고 멀티스텝으로도 가능함은 물론이다.The second feeding step S3 is composed of at least two second subfeeding steps, and the second purging step is composed of at least two second subpurge steps, wherein the second subfeeding step and the second subpurge step are performed. Are carried out alternately. In the present embodiment, for the sake of explanation, the second feeding step S3 includes two second subfeeding steps S3a and S3b, and the second purge step S4 also includes two second subpurge steps S4a. The two-step step composed of step S4b will be described as an example. However, this is also only one embodiment and of course also possible in a multi-step.

제2실시예의 경우, 전체적인 공정 시퀀스는, 제2서브피딩단계(S3a) -> 제2서브퍼지단계(S4a) -> 제2서브피딩단계(S3b) -> 제2서브퍼지단계(S4b)를 통하여 제2 피딩단계(S3)와 제2퍼지단계(S4)를 수행하고, 이후에 제1피딩단계(S1) -> 제1퍼지단계(S2)를 통하여 1 싸이클의 ALD 공정을 수행하는 것이다. In the case of the second embodiment, the overall process sequence includes a second subfeeding step S3a-> a second subpurge step S4a-> a second subfeeding step S3b-> a second subpurge step S4b. The second feeding step S3 and the second purge step S4 are performed, and thereafter, the ALD process of one cycle is performed through the first feeding step S1-> first purging step S2.

도 5는 본 발명에 따른 ALD 박막증착방법의 제4실시예의 공정 시퀀스를 그래프로 도시한 도면이다. 5 is a graph illustrating a process sequence of a fourth embodiment of an ALD thin film deposition method according to the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 ALD 박막증착종정의 제4실시예는, 기판이 안착되어 있는 챔버 내부로 제1반응원을 피딩하는 제1피딩단계(S1)와, 제1반응원을 챔버로부터 퍼지하는 제1퍼지단계(S2)와, 챔버로 제2반응원을 피딩하는 제2피딩단계(S3)와, 챔버로부터 제1반응원과 반응하지 않거나 반응하여 생성된 부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계(S4)로 구성되는 싸이클을 반복함으로써 기판 상에 박막을 증착한다. 상기한 공정 시퀀스를 따라 1 싸이클이 진행될 경우, 기판 상에 1 원자층 또는 1 분자층이 형성된다. 이때, 챔버를 퍼지시키기 위한 가스로서 Ar 이나 N2 등 불활성가스를 사용한다. As shown, the fourth embodiment of the ALD thin film deposition seed according to the present invention, the first feeding step (S1) for feeding the first reaction source into the chamber on which the substrate is seated, and the first reaction source chamber A first purge step (S2) to purge from; a second feeding step (S3) to feed a second reactant into the chamber; and a second purge of by-products generated by not reacting with or reacting with the first reactant from the chamber. The thin film is deposited on the substrate by repeating the cycle consisting of the purge step (S4). When one cycle proceeds according to the above process sequence, one atomic layer or one molecular layer is formed on the substrate. At this time, an inert gas such as Ar or N 2 is used as a gas for purging the chamber.

이때, 제1피딩단계(S1)는 적어도 2 회 이상의 제1서브피딩단계로 구성되고, 제1퍼지단계(S2)는 적어도 2 회 이상의 제1서브퍼지단계로 구성되되 제1서브피딩단계와 제1서브퍼지단계는 상호 교번으로 수행된다. 또, 제2피딩단계(S3)는 적어도 2 회 이상의 제2서브피딩단계로 구성되고, 제2퍼지단계(S4)는 적어도 2 회 이상의 제2서브퍼지단계로 구성되되, 제2서브피딩단계(S3a)(S3b)와 제2서브퍼지단계(S4a)(S4b)는 상호 교번으로 수행된다.At this time, the first feeding step (S1) is composed of at least two first sub-feeding step, the first purge step (S2) is composed of at least two first sub-purge step, the first sub-feeding step and the first One sub-purge step is performed alternately. In addition, the second feeding step (S3) is composed of at least two second sub-feeding step, the second purge step (S4) is composed of at least two second sub-purge step, the second sub-feeding step ( S3a) S3b and the second sub purge step S4a and S4b are alternately performed.

제3실시예의 경우, 전체적인 공정 시퀀스는, 제1서브피딩단계(S1a) -> 제1서 브퍼지단계(S2a) -> 제1서브피딩단계(S1b) -> 제1서브퍼지단계(S2b)를 통하여 제1피딩단계(S1)와 제1퍼지단계(S2)를 수행하고, 이후에 제2서브피딩단계(S3a) -> 제2서브퍼지단계(S4a) -> 제2서브피딩단계(S3b) -> 제2서브퍼지단계(S4b)를 통하여 제2피딩단계(S3)와 제2퍼지단계(S4)를 수행함으로써 1 싸이클의 ALD 공정을 수행하는 것이다. In the case of the third embodiment, the overall process sequence is the first sub-feeding step (S1a)-> the first sub-purging step (S2a)-> the first sub-feeding step (S1b)-> the first sub-purging step (S2b) Through the first feeding step (S1) and the first purge step (S2) through the second sub-feeding step (S3a)-> second sub-purging step (S4a)-> second sub-feeding step (S3b) A second process of ALD is performed by performing the second feeding step S3 and the second purging step S4 through the second sub-purging step S4b.

도 6은 본 발명에 따른 ALD 박막증착방법의 제5실시예의 공정 시퀀스를 그래프로 도시한 도면이다. 6 is a graph showing a process sequence of a fifth embodiment of an ALD thin film deposition method according to the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 ALD 박막증착종정의 제5실시예는,As shown, the fifth embodiment of the ALD thin film deposition seed according to the present invention,

기판이 안착되어 있는 챔버 내부를 펑핑하는 동안에, 챔버 내부로 제1반응원을 피딩하는 제1피딩단계(S1)와, 챔버로 제2반응원을 피딩하는 제2피딩단계(S3)와, 챔버로부터 제1반응원과 반응하지 않거나 반응하여 생성된 부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계(S4)로 구성되는 싸이클을 반복함으로써 기판 상에 박막을 증착한다. 여기서, 이때, 펌핑단계(S")는 Ar 이나 N2 등의 불활성가스를 사용하지 않고 진공펌프를 가동함으로써 수행되며, 펑핑단계(S")는 기판 위에서 부산물을 제거해 줌으로써 다음 공급되는 반응원의 표면 반응을 극대화 시킨다. 이때, 제1피딩단계(S1)는 적어도 2 회 이상의 제1서브피딩단계로 구성된다. 본 실시예에서는 설명을 위하여, 제1피딩단계(S1)는 2 회의 제1서브피딩단계(S1a)(S1b)로 구성되는 투스텝 단계를 예로 들었다. 그러나, 이는 일 실시예에 불과하고 3 회 이상의 서브단계로 구성되는 멀티스텝(multi step)도 가능함은 물론이다.While the inside of the chamber on which the substrate is seated, the first feeding step (S1) for feeding the first reaction source into the chamber, the second feeding step (S3) for feeding the second reaction source into the chamber, and the chamber The thin film is deposited on the substrate by repeating the cycle consisting of a second purge step (S4) for purging by-products which do not react with or react with the first reaction source. In this case, the pumping step (S ") is performed by operating a vacuum pump without using an inert gas such as Ar or N 2 , the puncturing step (S") is to remove the by-products on the substrate of the next supply source Maximize surface response. In this case, the first feeding step S1 includes at least two first subfeeding steps. In the present embodiment, for the sake of explanation, the first feeding step S1 is an example of a two-step step consisting of two first subfeeding steps S1a and S1b. However, this is only one embodiment, and of course, a multi step consisting of three or more substeps is also possible.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 박막증착방법에 따르면, 피딩단계가 투스텝 이상으로 나누어 진행됨으로서 보다 짧은 시간동안 많은 양의 반응원을 챔버로 공급할 수 있고 이에 따라 큰 종횡비의 콘택트홀과 같은 패턴이 있는 경우에도 충분한 박막증착을 기대할 수 있다. As described above, according to the thin film deposition method according to the present invention, the feeding step is divided into two or more steps, so that a large amount of reaction source can be supplied to the chamber for a shorter time, so that there is a pattern such as a large aspect ratio contact hole. In this case, sufficient thin film deposition can be expected.

또한, 피딩단계뿐만 아니라 퍼지단계도 투스텝 이상으로 나누어 진행되므로, 기판 상에서 첫 번째로 공급된 반응원에 의해 형성된 부산물을 기판상에서 2 회에 걸쳐 제거할 수 있게 되고, 따라서 다음 반응원의 공급시 표면 반응을 극대화 시킬 수 있다.In addition, since not only the feeding step but also the purge step is divided into two or more steps, the by-product formed by the first reaction source supplied on the substrate can be removed twice on the substrate, and thus the surface during the supply of the next reaction source can be removed. Maximize the reaction.

Claims (7)

기판이 안착되어 있는 챔버 내부로 제1반응원을 피딩하는 제1피딩단계와, 상기 제1반응원을 상기 챔버로부터 퍼지하는 제1퍼지단계와, 상기 챔버로 제2반응원을 피딩하는 제2피딩단계와, 상기 챔버로부터 상기 제1반응원과 반응하지 않거나 반응하여 생성된 부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계로 구성되는 싸이클을 반복함으로써 상기 기판 상에 박막을 증착하는 ALD 박막증착방법에 있어서,A first feeding step of feeding a first reaction source into the chamber in which the substrate is seated, a first purging step of purging the first reaction source from the chamber, and a second feeding of a second reaction source into the chamber In the ALD thin film deposition method of depositing a thin film on the substrate by repeating a cycle consisting of a feeding step and a second purge step of purging by-products generated by not reacting or reacting with the first reaction source from the chamber, 상기 제1피딩단계와, 상기 제1퍼지단계와, 상기 제2피딩단계와, 상기 제2퍼 지단계 중 적어도 하나 이상은, 불연속적인 반복 과정을 통하여 구현되는 것을 특징으로 하는 ALD 박막증착방법.At least one of the first feeding step, the first purging step, the second feeding step, and the second purging step is implemented through a discontinuous repetitive process. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제1피딩단계는 적어도 2 회 이상의 제1서브피딩단계로 구성되고, The first feeding step is composed of at least two first sub-feeding steps, 상기 제1퍼지단계는 적어도 2 회 이상의 제1서브퍼지단계로 구성되되, 상기 제1서브피딩단계와 상기 제1서브퍼지단계는 상호 교번으로 수행되는 것을 특징으로 하는 ALD 박막증착방법, The first purge step is composed of at least two first sub-purge step, wherein the first sub-feeding step and the first sub-purge step are performed alternately with each other, 제2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 제1피딩단계와 제1퍼지단계가 진행되는 시간을 상기 제2피딩단계와 제2퍼지단계가 진행되는 시간보다 줄임으로써, 생산성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 ALD 박막증착방법.ALD thin film deposition method, characterized in that to improve the productivity by reducing the time the first feeding step and the first purge step proceeds than the time of the second feeding step and the second purge step. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제2피딩단계는 적어도 2 회 이상의 제2서브피딩단계로 구성되고,The second feeding step is composed of at least two second sub-feeding steps, 상기 제2퍼지단계는 적어도 2 회 이상의 제2서브퍼지단계로 구성되되, 제2서브피딩단계와 제2서브퍼지단계는 상호 교번으로 수행되는 것을 특징으로 하는 ALD 박막증착방법.The second purge step includes at least two second sub-purge steps, wherein the second sub-feeding step and the second sub-purge step are performed alternately with each other. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제1피딩단계는 적어도 2 회 이상의 제1서브피딩단계로 구성되고, 상기 제1퍼지단계는 적어도 2 회 이상의 제1서브퍼지단계로 구성되되, 상기 제1서브피딩단계와 제1서브퍼지단계는 상호 교번으로 수행되고,The first feeding step includes at least two first subfeeding steps, and the first purge step includes at least two first subpurge steps, wherein the first subfeeding step and the first subpurge step are performed. Are carried out alternately, 상기 제2피딩단계는 적어도 2 회 이상의 제2서브피딩단계로 구성되고, 상기 제2퍼지단계는 적어도 2 회 이상의 제2서브퍼지단계로 구성되되, 상기 제2서브피딩단계와 제2서브퍼지단계는 상호 교번으로 수행되는 것을 특징으로 하는 ALD 박막증착방법.The second feeding step includes at least two second subfeeding steps, and the second purge step includes at least two second subpurge steps, wherein the second subfeeding step and the second subpurge step are performed. ALD thin film deposition method characterized in that the alternately performed. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 제1퍼지단계 및 제2퍼지단계는, Ar 또는 N2 가스등 불활성가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 ALD 박막증착방법.The first purge step and the second purge step, ALD thin film deposition method characterized in that using an inert gas such as Ar or N 2 gas. 기판이 안착되어 있는 챔버 내부를 펑핑하는 동안에,While popping inside the chamber where the substrate is seated, 상기 챔버 내부로 제1반응원을 피딩하는 제1피딩단계와, 상기 제1피딩단계 이후에 상기 챔버로 제2반응원을 피딩하는 제2피딩단계와, 상기 챔버로부터 상기 제1반응원과 반응하지 않거나 반응하여 생성된 부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계로 구성되는 싸이클을 반복함으로써 상기 기판 상에 박막을 증착하는 ALD 박막증착방법에 있어서,A first feeding step of feeding a first reaction source into the chamber, a second feeding step of feeding a second reaction source into the chamber after the first feeding step, and reacting with the first reaction source from the chamber In the ALD thin film deposition method of depositing a thin film on the substrate by repeating the cycle consisting of a second purge step of purging the by-products generated by the reaction or not 상기 제1피딩단계는, 적어도 2 회 이상의 제1서브피딩단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 ALD 박막증착방법.The first feeding step, ALD thin film deposition method comprising at least two first sub-feeding step.
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