KR20060013282A - 공정 가스 배기 방법 및 이를 이용한 원자층 적층 방법 및원자층 적층 장치 - Google Patents

공정 가스 배기 방법 및 이를 이용한 원자층 적층 방법 및원자층 적층 장치 Download PDF

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Abstract

원자층 적층에서의 공정 가스 배기 방법이 개시된다. 공정 가스 배기 방법은 먼저 반응 챔버로 유입한 공정 가스를 제1 속도로 배기시키면서 원자층 적층을 수행한다. 그 후, 원자층 적층을 수행하면서 공정 가스 중에서 미반응 가스를 제2 속도로 배기시킨다. 이에 따라, 공정 단계별로 공정 가스의 배기 속도를 변화시켜 원자층 적층에서 공정 시간의 단축, 증착막의 특성 향상 등의 효과를 갖는다.

Description

공정 가스 배기 방법 및 이를 이용한 원자층 적층 방법 및 원자층 적층 장치{Method for exhausting process gas, and method and apparatus of depositing an atomic layer using the same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 적층에서의 공정 가스 배기 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 적층 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 적층 장치의 단면도이다.
도 4는 도 3의 원자층 적층 장치에 공급되는 가스 펄싱을 도시한 그래프이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자층 적층 장치의 단면도이다.
도 7은 도 5 및 도 6의 원자층 적층 장치에 공급되는 가스 펄싱을 도시한 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100,200 : 원자층 적층 장치 110,210 : 반응 챔버
120,220 : 반응 챔버 130,230 : 서셉터
140,240 : 주입구 150,250 : 배출구
160,260 : 배기 속도 조절부 162,262 : 제1 펌프
164,264 : 제1 온/오프 밸브 166,266 : 제2 펌프
168,268 : 제2 온/오프 밸브
본 발명은 공정 가스 배기 방법 및 이를 이용한 원자층 적층 방법 및 원자층 적층 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 원자층 적층의 배기 단계와 관련한 공정 가스 배기 방법 및 이를 이용한 원자층 적층 방법 및 원자층 적층 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘 웨이퍼 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, 스퍼터링(sputtering), 화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD), 원자층 적층(atomic layer deposition, ALD) 등의 방법이 있다. 최근, 반도체 기판의 집적도 향상에 따라 반도체 기판 상에 미세 패턴들을 형성하는 방법으로 원자층 적층 방법이 주목받고 있다. 원자층 적층 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.
원자층 적층 공정은 크게 3단계로 나누어진다. 상기 3단계는 주입구를 통하여 제1 공정 가스가 공급되는 단계, 공급된 상기 제1 공정 가스가 반도체 웨이퍼 기판 상에서 반응하는 단계 및 상기 제1 공정 가스의 공급을 중단하고, 퍼지 가스를 공급하여 배기 공정을 실시하는 단계이다.
이러한 종래 원자층 적층 방법에서는 하나의 배기 펌프를 사용하여 원자층을 적층하는 상기 3단계 동안 배기 속도를 일정하게 유지한다. 따라서 효율적인 원자층 적층을 위해서 배기 시간이 매우 길어진다. 상기 배기 시간을 단축시킬 경우, 원자층 적층을 위한 표면 반응이 일어나지 않고 반응 챔버 내에서 화학 기상 증착 반응이 일어난다. 그 결과 입자(particle)가 발생하고 박막이 열화된다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 일 목적은 공정 단계별로 배기 속도를 변화시킨 원자층 적층에서의 공정 가스 배기 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 공정 단계별로 배기 속도를 변화시킨 공정 가스 배기 방법을 이용한 원자층 적층 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 공정 단계별로 배기 속도를 변화시킨 공정 가스 배기 방법을 이용한 원자층 적층 장치를 제공하는 것이다.
이와 같은 본 발명의 일 목적을 구현하기 위한 원자층 적층에서의 공정 가스 배기 방법은 먼저 반응 챔버로 유입한 공정 가스를 제1 속도로 배기시키면서 원자층 적층을 수행한다. 다음으로, 상기 원자층 적층을 수행하면서 상기 공정 가스 중에서 미반응 가스를 제2 속도로 배기시킨다.
본 발명의 다른 목적을 구현하기 위한 원자층 적층 방법은 먼저 기판을 반응 챔버 내에 인입한다. 그 후, 상기 기판 상에 제1 공정 가스를 공급하면서 상기 제1 공정 가스의 배기 속도를 제1 속도로 조절한다. 다음으로, 상기 제1 공정가스를 이용하여 상기 기판 상에 원자층 적층을 수행한다. 이어서, 상기 원자층 적층을 수행하면서 상기 제1 공정 가스 중에서 미반응 가스를 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 배기시킨다.
본 발명의 또 다른 목적을 구현하기 위한 원자층 적층 장치는 반응 챔버, 주입구, 배출구 및 배기 속도 조절부를 포함한다. 상기 반응 챔버에서는 기판 상에 원자층이 적층된다. 상기 주입구는 상기 반응 챔버의 일측에 연결되고, 상기 반응 챔버 내부로 공정 가스를 공급한다. 상기 배출구는 상기 반응 챔버의 일측에 연결되고, 반응을 마친 상기 공정 가스를 배기한다. 상기 배기 속도 조절부는 상기 공정 가스의 배기 속도를 조절한다.
본 발명에 따르면, 공정 단계별로 공정 가스의 배기 속도를 변화시켜 원자층 적층에서 공정 시간의 단축, 증착막의 특성 향상 등의 효과를 달성할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 적층에서의 공정 가스 배기 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저 반응 챔버로 유입한 공정 가스를 제1 속도로 배기시키면서 원자층 적층을 수행한다(S110). 유입된 상기 공정 가스의 일부는 기판, 예를 들어 반도체 웨이퍼 기판의 표면 상에 화학적으로 흡착되고, 흡착되지 않은 나머지 상기 공정 가스는 반응 챔버 내에 잔류하거나 상기 배출구를 통해 상기 제1 속도로 배기된다. 상기 공정 가스를 상기 제1 속도로 배기시키기 위해, 배출구에 연결된 제1 펌프가 이용된다. 이때, 상기 제1 펌프의 작동은 밸브의 개폐에 의해 이루어지며, 본 실시예에서 상기 밸브는 제1 온/오프 밸브이다. 바람직하게, 상기 제1 온/오프 밸브는 디지털로 제어된다.
그 후, 상기 원자층 적층을 수행하면서 상기 공정 가스 중에서 미반응 가스를 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 배기시킨다(S120). 상기 미반응 가스를 상 기 제2 속도로 배기시키기 위해서, 배출구에 연결된 제2 펌프가 이용된다. 상기 제2 펌프는 상기 제2 속도를 상기 제1 속도보다 빠르게 하기 위해, 상기 제1 펌프보다 큰 용량을 갖는다. 상기 제2 펌프의 작동은 밸브의 개폐에 의해 이루어지며, 본 실시예에서 상기 밸브는 제2 온/오프 밸브이다. 바람직하게, 상기 제2 온/오프 밸브는 디지털로 제어된다.
상기 제2 속도로 조절하기 위해 상기 제2 온/오프 밸브를 개방하는 경우, 상기 제1 온/오프 밸브는 폐쇄시킬 수도 있다. 그러나, 이와는 달리 상기 제1 온/오프 밸브도 동시에 개방시킬 수 있다. 상기 제1 온/오프 밸브도 동시에 개방되는 경우, 상기 제2 펌프가 작동할 뿐만 아니라 상기 제1 펌프도 작동함으로써, 상기 제2 속도를 보다 크게 조절할 수 있다. 따라서, 동일한 크기의 상기 제2 속도를 얻기 위해 요구되는 상기 제2 펌프의 용량은 더욱 감소시킬 수 있고, 이로써 본 발명은 설비 비용면에서 보다 유리한 효과를 거둘 수 있다. 즉, 본 실시예에서, 상기 제1 온/오프 밸브는 계속 개방시켜 상기 제1 펌프가 계속 작동하도록 하고, 상기 제2 온/오프 밸브는 상술한 바와 같이 선택적으로 개방시켜 상기 제2 펌프가 선택적으로 작동하도록 할 수 있다.
본 실시예에 따른 공정 가스의 배기 방법에 의할 때, 배기 공정 단계별로 상기 공정 가스의 상기 배기 속도를 변화시켜 원자층 적층에서 공정 시간의 단축, 증착막의 특성 향상 등의 효과를 달성할 수 있다.
다음으로, 상기 공정 가스 배기 방법을 이용한 원자층 적층 방법의 일 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 적층 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저 기판을 반응 챔버 내에 인입한다(S210). 상기 기판은, 예를 들면 반도체 웨이퍼 기판이다.
그 후, 상기 기판 상에 제1 공정 가스를 공급하면서 상기 제1 공정 가스의 배기 속도를 제1 속도로 조절한다(S220). 상기 배기 속도를 상기 제1 속도로 조절하기 위해, 배출구에 연결된 제1 펌프가 이용된다. 이때, 상기 제1 펌프의 작동은 밸브의 개폐에 의해 이루어지며, 본 실시예에서 상기 밸브는 제1 온/오프 밸브이다. 바람직하게, 상기 제1 온/오프 밸브는 디지털로 제어된다.
다음으로, 상기 제1 공정 가스를 이용하여 상기 기판 상에 원자층 적층을 수행한다(S230). 이때, 상기 제1 공정 가스의 일부는 상기 기판의 표면 상에 화학적으로 흡착되지만, 흡착되지 않은 나머지 상기 제1 공정 가스는 반응 챔버 내에 잔류하거나 상기 배출구를 통해 배출된다. 이때, 배출되는 속도는 상기 제1 속도로 유지된다.
이어서, 상기 원자층 적층을 수행하면서 상기 제1 공정 가스 중에서 미반응 가스를 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 배기시킨다(S240). 상기 제1 공정 가스를 상기 제2 속도로 배기시키기 위해서, 배출구에 연결된 제2 펌프가 이용된다. 상기 제2 펌프는 상기 제2 속도를 상기 제1 속도보다 빠르게 하기 위해, 상기 제1 펌프보다 큰 용량을 갖는다. 상기 제2 펌프의 작동은 밸브의 개폐에 의해 이루어지며, 본 실시예에서 상기 밸브는 제2 온/오프 밸브이다. 바람직하게, 상기 제2 온/ 오프 밸브는 디지털로 제어된다.
상기 제2 속도로 조절하기 위해 상기 제2 온/오프 밸브를 개방하는 경우, 상기 제1 온/오프 밸브는 폐쇄시킬 수도 있다. 그러나, 이와는 달리 상기 제1 온/오프 밸브도 동시에 개방시킬 수 있다. 상기 제1 온/오프 밸브도 동시에 개방되는 경우, 상기 제2 펌프가 작동할 뿐만 아니라 상기 제1 펌프도 작동함으로써, 상기 제2 속도를 보다 크게 조절할 수 있다. 따라서, 동일한 크기의 상기 제2 속도를 얻기 위해 요구되는 상기 제2 펌프의 용량은 더욱 감소시킬 수 있고, 이로써 본 발명은 설비 비용면에서 보다 유리한 효과를 거둘 수 있다. 즉, 본 실시예에서, 상기 제1 온/오프 밸브는 계속 개방시켜 상기 제1 펌프가 계속 작동하도록 하고, 상기 제2 온/오프 밸브는 상술한 바와 같이 선택적으로 개방시켜 상기 제2 펌프가 선택적으로 작동하도록 할 수 있다.
마지막으로, 상기 S220 내지 S240의 단계를 제2 공정 가스에 대해서 반복한다(S250). 또한 상기 S250의 단계가 종료되면, 계속해서 상기 S220 내지 S240의 단계를 반복할 수 있고, 이에 따라 상기 제1 공정 가스 및 상기 제2 공정 가스에 대하여 교대로 반복하여 연속적으로 원자층을 적층함으로써 박막을 형성할 수 있다.
본 실시예에 따른 원자층 적층 방법에 의할 때, 배기 공정 단계별로 상기 공정 가스의 상기 배기 속도를 변화시켜 원자층 적층에서 공정 시간의 단축, 증착막의 특성 향상 등의 효과를 달성할 수 있다.
이하, 상기 공정 가스 배기 방법을 이용한 원자층 적층 장치의 일 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 적층 장치의 단면도이고, 도 4는 도 3의 원자층 적층 장치에 공급되는 가스 펄싱을 도시한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 원자층 적층 장치는 반도체 기판의 상부에 수평 방향으로 배치되는 샤워 헤드를 갖는 타입의 장치이다.
본 실시예에 따른 원자층 적층 장치(100)는 반응 챔버(110), 서셉터(120), 주입구(130), 샤워 헤드(140), 배출구(150) 및 배기 속도 조절부(160)를 포함한다.
상기 반응 챔버(110)는 기판(124) 상에 원자층을 적층하는 공간을 제공한다. 상기 기판(124)은, 예를 들면 반도체 웨이퍼 기판이다.
상기 서셉터(120)는 상기 반응 챔버(110)의 내부에 배치되고, 상기 기판(124)을 지지한다. 상기 서셉터(120)는 하부에 리프팅 부재(122)가 설치되어, 상하로 이동된다.
상기 주입구(130)는 상기 반응 챔버(110)의 일측에 연결되고, 상기 서셉터(120)의 상부에 위치한다. 상기 주입구(130)는 상기 반응 챔버(110) 내부로 공정 가스를 공급한다.
상기 샤워 헤드(140)는 상기 주입구(130)로부터 주입된 상기 공정 가스를 상기 기판(124)의 표면으로 분사하기 위한 분사홀(142)을 포함한다. 상기 샤워 헤드(140)는 상기 주입구(130)와 연통된다.
상기 배출구(150)는 상기 반응 챔버(110)의 일측에 연결되고, 상기 공정 가스를 배출한다. 배출되는 상기 공정 가스는 대부분 상기 기판(124) 상에 흡착되지 않은 가스들이다.
상기 배기 속도 조절부(160)는 제1 펌프(162) 및 제2 펌프(166)를 포함한다. 상기 배기 속도는 상기 제1 펌프(162)의 작동에 의해 제1 속도로 조절되고, 상기 제2 펌프의 작동(166)에 의해 제2 속도로 조절된다. 이와는 달리, 상기 배기 속도는 상기 제1 및 제2 펌프(162,166)들의 작동에 의해 상기 제2 속도로 조절될 수도 있다. 상기 제2 속도는 상기 제1 속도보다 빠르다. 상기 제1 및 제2 펌프(162,166)들은 상기 배출구(150)와 연결된다. 본 실시예에서, 상기 제1 및 제2 펌프(162,166)들의 작동은 각각 제1 및 제2 온/오프 밸브(164,168)의 개폐에 의해 이루어진다. 포함한다. 바람직하게, 상기 제1 및 제2 온/오프 밸브(164,168)들은 디지털로 조절된다.
이하, 상기 구성을 갖는 원자층 적층 장치(100)의 작동 과정을 도 3 및 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 제1 단계로서, 상기 주입구(130)를 통하여 제1 공정 가스가 제1 시간(t1)동안 공급된다. 증착 효율을 보다 높이기 위해서, 상기 제1 공정 가스가 공급되는 동안 상기 제1 공정 가스의 공급량은 증가시키면서, 잔류 시간을 길게 하는 것이 바람직하다. 이로써, 상기 반응 챔버(110) 내에서 상기 제1 공정 가스는 충분히 반응할 수 있다. 상기 제1 공정 가스의 공급량을 증가시키면서 상기 잔류 시간을 길게 하기 위해서, 상기 반응 챔버(110) 내에서의 반응 압력은 높게 유지시키고, 배기 속도는 낮게 유지시키는 것이 바람직하다.
상기 제1 단계에서는 상기 배기 속도를 낮게 유지시키기 위해서 상기 제1 펌프(162)가 이용된다. 상기 제1 펌프(162)는 상기 배출구(150)와 연결되어 상기 공 정 가스가 원활하고, 안정적으로 유동될 수 있도록 한다. 상기 제1 펌프(162)의 작동으로 상기 배기 속도는 제1 속도로 유지된다. 상기 제1 펌프(162)의 작동은 밸브의 개폐에 의해 이루어지며, 본 실시예에서 상기 밸브는 상기 제1 온/오프 밸브(164)이다. 바람직하게 상기 제1 온/오프 밸브(164)는 디지털로 제어된다.
제2 단계로, 주입된 상기 제1 공정 가스는 상기 기판(124), 예를 들면 반도체 웨이퍼 기판의 표면 위에서 반응한다. 이 경우, 상기 제1 공정 가스의 공급량은 작게 하고, 상기 반응 압력은 높게 유지시켜야 한다. 바람직하게, 상기 제1 공정 가스가 반응하는 상기 제2 단계는 상기 제1 공정 가스가 공급되는 제1 단계와 동시에 이루어진다.
상기 제2 단계에서 상기 제1 공정 가스의 공급량은 감소시키지만, 상기 제1 공정 가스의 배기 속도를 여전히 상기 제1 속도로 유지시키기 위해서 상기 제1 펌프(162)가 이용된다. 또한, 상기 제1 단계와 마찬가지로 상기 제1 펌프(162)의 작동은 상기 제1 온/오프 밸브(164)의 개폐에 의해 이루어지고, 상기 제1 온/오프 밸브(164)는 디지털로 제어된다.
제3 단계로, 상기 제1 공정 가스의 공급이 완료되면, 상기 제1 공정 가스의 공급을 중단하고, 퍼지 가스를 공급하여 배기 공정을 제2 시간(t2)동안 실시한다. 상기 배출구(150)의 밸브를 개방하여 잔류하는 배기 가스들을 배출구로 배기시킨다. 이때, 퍼지 가스의 양을 많게 하면서 배기 속도를 빠르게 유지시키는 것이 바람직하다.
상기 제3 단계에서는 상기 배기 속도가 제2 속도가 되도록 상기 제2 펌프 (166)가 이용된다. 상기 제2 펌프(166)는 상기 제2 속도를 상기 제1 속도보다 빠르게 하기 위해, 상기 제1 펌프(162)보다 큰 용량을 갖는다. 상기 제2 펌프(166)는 상기 배출구(150)와 연결되어 주로 반응 후의 반응 부산물 및 미반응 물질 등을 빠르게 배기시켜 상기 반응 챔버(110) 내에서 제거한다. 상기 제2 펌프(166)의 작동은 밸브의 개폐에 의해 이루어지며, 본 실시예에서 상기 밸브는 상기 제2 온/오프 밸브(168)이다. 바람직하게 상기 제2 온/오프 밸브(168)는 디지털로 제어된다.
상기 제1 내지 제3 단계 이후, 제2 공정 가스를 공급하고 상기 제2 공정 가스에 대해 상기 제1 내지 제3 단계와 같은 과정을 반복하게 된다. 즉, 원자층 증착을 위한 제2 공정 가스를 상기 반응 챔버(110)로 제3 시간(t3)동안 공급하고, 증착 효율을 높이기 위해 상기 배기 속도가 상기 제1 속도로 유지되도록 상기 제1 펌프(162)를 작동시킨다. 이후에, 공급된 공정 가스가 상기 기판(124) 상에서 증착되도록 한다. 다음으로, 잔류하는 공정 가스를 빠르게 배기시키기 위해 제4 시간(t4)동안 상기 배기 속도가 상기 제2 속도로 유지되도록 상기 제2 펌프(166)를 작동시킨다.
상기의 과정 후에는 도 4와 같이 다시 상기 제1 내지 제3 단계를 상기 제1 공정 가스 및 상기 제2 공정 가스에 대하여 교대로 반복한다. 이에 따라, 연속적으로 원자층이 적층되도록 한다. 또한, 도 4에 도시된 t1 및 t3 동안에는 상기 배기 속도를 상기 제1 속도로 유지시키고, t2 및 t4 동안에는 상기 배기 속도를 상기 제2 속도로 유지시킨다.
본 실시예에 따른 원자층 적층 장치에 의할 때, 공정 가스 공급시에는 배기 속도를 낮게 유지시키고, 공정 가스의 반응이 끝난 후에는 배기 속도를 빠르게 유지시킨다. 이에 따라, 공정 단계별로 공정 가스의 배기 속도를 변화시켜 원자층 적층에서 공정 시간의 단축, 증착막의 특성 향상 등의 효과를 달성할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자층 적층 장치의 단면도이다. 도 5는 상기 원자층 적층 장치를 상방에서 바라본 단면도이고, 도 6은 상기 원자층 적층 장치를 측면에서 바라본 단면도이다. 도 7은 도 5 및 도 6의 원자층 적층 장치에 공급되는 가스 펄싱을 도시한 그래프이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 원자층 적층 장치는 반도체 기판의 측면에서 반도체 기판과 평행하게 반응 가스를 플로우시키는 플로우 타입의 원자층 적층 장치이다. 상기 플로우 타입의 원자층 적층 장치는 최근에 주로 사용되며, 낮은 증착 속도를 개선하기 위해 반응 챔버의 용적이 최대한 감소되어 있다.
본 실시예에 따른 원자층 적층 장치는 반응 챔버(210), 서셉터(220), 주입구(230), 인젝터(240), 배출구(250), 배기 속도 조절부(260)를 포함한다.
상기 반응 챔버(210)는 기판(224) 상에 원자층을 적층하는 공간을 제공한다. 상기 기판(222)은, 예를 들면 반도체 웨이퍼 기판이다.
상기 서셉터(220)는 상기 반응 챔버(210)의 내부에 배치되고, 상기 기판(224)을 지지한다.
상기 주입구(230)는 상기 반응 챔버(110)의 일측에 연결되고, 상기 반응 챔버(210) 내부로 공정 가스를 공급한다. 상기 주입구(230)는 메인 배관(232) 및 한 쌍의 서브 배관(234a,234b)들을 포함한다.
상기 인젝터(240)는 상기 기판(224)의 상부면에 대하여 평행한 방향으로 공정 가스를 공급하기 위한 다수의 노즐(242)들을 갖는다. 상기 인젝터(240)는 상기 원자층 박막을 형성하기 위하여 상기 반응 챔버(210)로부터 공급된 공정 가스를 펄스 방식으로 반응 챔버(210) 내로 공급한다. 상기 공정 가스는 상기 메인 배관(232)을 통해 공급되며, 상기 인젝터(240)와 상기 메인 배관(232)은 한 쌍의 서브 배관(234a,234b)들에 의해 연결된다.
상기 한 쌍의 서브 배관(234a,234b)들은 상기 메인 배관(232)으로부터 분기되어 상기 인젝터(240)의 양측 에지 부위로부터 상기 인젝터(240)의 중심 부위를 향하여 연장된다. 상기 메인 배관(232)으로부터 공급된 공정 가스는 한 쌍의 서브 배관(234a,234b)들을 통해 상기 인젝터(240)의 양측 에지 부위로부터 중심 부위를 향해 플로우되며, 상기 다수의 노즐(242)들을 통해 상기 기판(224) 상으로 공급된다.
상기 배출구(250)는 상기 반응 챔버(210)에서 연결되고, 상기 공정 가스를 배출한다. 배출되는 상기 공정 가스는 대부분 상기 기판(224) 상에 흡착되지 않은 가스들이다.
상기 배기 속도 조절부(260)는 제1 펌프(262) 및 제2 펌프(266)를 포함한다. 상기 배기 속도는 상기 제1 펌프(262)의 작동에 의해 제1 속도로 조절되고, 상기 제2 펌프의 작동(266)에 의해 제2 속도로 조절된다. 이와는 달리, 상기 배기 속도는 상기 제1 및 제2 펌프(262,266)들의 작동에 의해 상기 제2 속도로 조절될 수도 있다. 상기 제2 속도는 상기 제1 속도보다 빠르다. 상기 제1 및 제2 펌프(262,266) 들은 상기 배출구(150)와 연결된다. 본 실시예에서, 상기 제1 및 제2 펌프(162,166)들의 작동은 각각 제1 및 제2 온/오프 밸브(264,268)의 개폐에 의해 이루어진다. 포함한다. 바람직하게, 상기 제1 및 제2 온/오프 밸브(264,268)들은 디지털로 조절된다.
이하, 상기 구성을 갖는 원자층 적층 장치(200)의 작동 과정을 도 5 내지 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 제1 단계로서, 상기 주입구(230)를 통하여 제1 공정 가스가 제1 시간(t1)동안 공급된다. 증착 효율을 보다 높이기 위해서, 상기 제1 공정 가스가 공급되는 동안 상기 제1 공정 가스의 공급량은 증가시키면서, 잔류 시간을 길게 하는 것이 바람직하다. 이로써, 상기 반응 챔버(210) 내에서 상기 제1 공정 가스는 충분히 반응할 수 있다. 상기 제1 공정 가스의 공급량을 증가시키면서 상기 잔류 시간을 길게 하기 위해서, 상기 반응 챔버(210) 내에서의 반응 압력은 높게 유지시키고, 배기 속도는 낮게 유지시키는 것이 바람직하다.
상기 제1 단계에서는 상기 배기 속도를 낮게 유지시키기 위해서 상기 제1 펌프(262)가 이용된다. 상기 제1 펌프(262)는 상기 배출구(250)와 연결되어 상기 공정 가스가 원활하고, 안정적으로 유동될 수 있도록 한다. 상기 제1 펌프(262)의 작동으로 상기 배기 속도는 제1 속도로 유지된다. 상기 제1 펌프(262)의 작동은 밸브의 개폐에 의해 이루어지며, 본 실시예에서 상기 밸브는 상기 제1 온/오프 밸브(264)이다. 바람직하게 상기 제1 온/오프 밸브(264)는 디지털로 제어된다.
제2 단계로, 주입된 상기 제1 공정 가스는 상기 기판(224), 예를 들면 반도 체 웨이퍼 기판의 표면 위에서 반응한다. 이 경우, 상기 제1 공정 가스의 공급량은 작게 하고, 상기 반응 압력은 높게 유지시켜야 한다. 바람직하게, 상기 제1 공정 가스가 반응하는 상기 제2 단계는 상기 제1 공정 가스가 공급되는 제1 단계와 동시에 이루어진다.
상기 제2 단계에서 상기 제1 공정 가스의 공급량은 감소시키지만, 상기 제1 공정 가스의 배기 속도를 여전히 상기 제1 속도로 유지시키기 위해서 상기 제1 펌프(262)가 이용된다. 또한, 상기 제1 단계와 마찬가지로 상기 제1 펌프(262)의 작동은 상기 제1 온/오프 밸브(264)의 개폐에 의해 이루어지고, 상기 제1 온/오프 밸브(264)는 디지털로 제어된다.
제3 단계로, 상기 제1 공정 가스의 공급이 완료되면, 상기 제1 공정 가스의 공급을 중단하고, 퍼지 가스를 공급하여 배기 공정을 제2 시간(t2)동안 실시한다. 상기 배출구(250)의 밸브를 개방하여 잔류하는 배기 가스들을 배출구로 배기시킨다. 이때, 퍼지 가스의 양을 많게 하면서 배기 속도를 빠르게 유지시키는 것이 바람직하다.
상기 제3 단계에서는 상기 배기 속도가 제2 속도가 되도록 상기 제2 펌프(266)가 이용된다. 상기 제2 펌프(266)는 상기 제2 속도를 상기 제1 속도보다 빠르게 하기 위해, 상기 제1 펌프(262)보다 큰 용량을 갖는다. 상기 제2 펌프(266)는 상기 배출구(250)와 연결되어 주로 반응 후의 반응 부산물 및 미반응 물질 등을 빠르게 배기시켜 상기 반응 챔버(210) 내에서 제거한다. 상기 제2 펌프(266)의 작동은 밸브의 개폐에 의해 이루어지며, 본 실시예에서 상기 밸브는 상기 제2 온/오프 밸브(268)이다. 바람직하게 상기 제2 온/오프 밸브(268)는 디지털로 제어된다.
상기 제1 내지 제3 단계 이후, 제2 공정 가스를 공급하고 상기 제2 공정 가스에 대해 상기 제1 내지 제3 단계와 같은 과정을 반복하게 된다. 즉, 원자층 증착을 위한 제2 공정 가스를 상기 반응 챔버(210)로 제3 시간(t3)동안 공급하고, 증착 효율을 높이기 위해 상기 배기 속도가 상기 제1 속도로 유지되도록 상기 제1 펌프(262)를 작동시킨다. 이후에, 공급된 공정 가스가 상기 기판(224) 상에서 증착되도록 한다. 다음으로, 잔류하는 공정 가스를 빠르게 배기시키기 위해 제4 시간(t4)동안 상기 배기 속도가 상기 제2 속도로 유지되도록 상기 제2 펌프(266)를 작동시킨다.
상기의 과정 후에는 도 7과 같이 다시 상기 제1 내지 제3 단계를 상기 제1 공정 가스 및 상기 제2 공정 가스에 대하여 교대로 반복한다. 이에 따라, 연속적으로 원자층이 적층되도록 한다. 또한, 도 7에 도시된 t1 및 t3 동안에는 상기 배기 속도를 상기 제1 속도로 유지시키고, t2 및 t4 동안에는 상기 배기 속도를 상기 제2 속도로 유지시킨다.
본 실시예에 의하면, 반도체 기판의 측면에서 반도체 기판과 평행하게 반응 가스를 플로우시키는 플로우 타입의 원자층 적층 장치의 공정 가스의 배기 방법에 있어서, 공정 가스 공급시에는 배기 속도를 낮게 유지시키고, 공정 가스의 반응이 끝난 후에는 배기 속도를 빠르게 유지시킨다. 이에 따라, 공정 단계별로 공정 가스의 배기 속도를 변화시켜 원자층 적층에서 공정 시간의 단축, 증착막의 특성 향상 등의 효과를 달성할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 배기 공정 단계별로 상기 공정 가스의 상기 배기 속도를 변화시켜 원자층 적층에서 공정 시간의 단축, 증착막의 특성 향상 등의 효과를 달성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 원자층 적층 장치에 의할 때, 공정 가스 공급시에는 배기 속도를 낮게 유지시키고, 공정 가스의 반응이 끝난 후에는 배기 속도를 높게 유지시킨다. 이에 따라, 상기 원자층 적층 장치는 공정 단계별로 공정 가스의 배기 속도를 변화시켜 원자층 적층에서 공정 시간의 단축, 증착막의 특성 향상 등의 효과를 갖는다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

  1. 반응 챔버로 유입한 공정 가스를 제1 속도로 배기시키면서 원자층 적층을 수행하는 단계; 및
    상기 원자층 적층을 수행하면서 상기 공정 가스 중에서 미반응 가스를 제2 속도로 배기시키는 단계를 포함하는 원자층 적층에서의 공정 가스 배기 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 속도는 상기 제1 속도보다 빠른 것을 특징으로 하는 원자층 적층에서의 공정 가스 배기 방법.
  3. a) 기판을 반응 챔버 내에 인입하는 단계;
    b) 상기 기판 상에 제1 공정 가스를 공급하면서 상기 제1 공정 가스의 배기 속도를 제1 속도로 조절하는 단계;
    c) 상기 제1 공정 가스를 이용하여 상기 기판 상에 원자층 적층을 수행하는 단계; 및
    d) 상기 원자층 적층을 수행하면서 상기 제1 공정 가스 중에서 미반응 가스를 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 배기시키는 단계를 포함하는 원자층 적층 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 b) 단계와 c) 단계는 인-시튜로 수행되는 것을 특징 으로 하는 원자층 적층 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 d) 단계 이후에,
    e) 상기 기판 상에 제2 공정 가스를 공급하면서 상기 제2 공정 가스의 배기 속도를 제1 속도로 조절하는 단계;
    f) 상기 제2 공정 가스를 이용하여 원자층 적층을 수행하는 단계; 및
    g) 상기 원자층 적층을 수행하면서 상기 제2 공정 가스 중에서 미반응 가스를 상기 제2 속도로 배기시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 b) 단계 내지 g) 단계는 적어도 1회 이상 반복하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법.
  7. 기판 상에 원자층을 적층하기 위한 반응 챔버;
    상기 반응 챔버의 일측에 연결되고, 반응 챔버 내부로 공정 가스를 공급하기 위한 주입구;
    상기 반응 챔버의 일측에 연결되고, 반응을 마친 상기 공정 가스를 배기하기 위한 배출구; 및
    상기 공정 가스의 배기 속도를 조절하기 위한 배기 속도 조절부를 포함하는 원자층 적층 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 배기 속도 조절부는 제1 펌프 및 제2 펌프를 포함하되, 상기 배기 속도는 상기 제1 펌프의 작동에 의해 제1 속도로 조절되고, 상기 배기 속도는 상기 제2 펌프의 작동에 의해 제2 속도로 조절되거나 상기 제1 및 제2 펌프들의 작동에 의해 상기 제2 속도로 조절되는 것을 특징으로 하는 원자층 적층 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 펌프들의 작동은 각각 제1 온/오프 밸브 및 제2 온/오프 밸브의 개폐에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자층 적층 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 온/오프 밸브들은 각각 디지털로 조절되는 것을 특징으로 하는 원자층 적층 장치.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 주입구와 연결되어 수평 방향으로 배치되며, 주입된 상기 공정 가스를 기판 표면 상으로 분사하기 위한 분사홀을 갖는 샤워 헤드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층 장치.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 기판의 측면에서 상기 기판과 평행하게 상기 공정 가스를 플로우시키기 위한 복수의 노즐들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자 층 적층 장치.
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