KR20060029554A - A method for depositing thin film using ald - Google Patents
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Abstract
본 발명은 ALD 다원계 박막증착방법에 관한 것으로서, 기판상에 3원계 물질로 이루어진 박막을 증착하기 위하여, 다른 종류의 소스가스가 유입되는 반응용기(10) 내의 웨이퍼블럭(20) 상에 기판(w)을 안착시키는 기판안착단계(S1)와, 기판(w)상에 제1소스가스와 제2소스가스와 제3소스가스를 분사하여 박막을 증착하는 박막증착단계(S2)를 포함하고, 박막증착단계(S2)는, 제1소스가스와 제2소스가스를 동시에 반응용기(10)로 피딩하여 기판(w) 상으로 분사하는 제1피딩단계(S2-1); 퍼지가스를 반응용기(10)로 유입시켜 기판(w)상에 흡착되어 있지 않은 제1,2소스가스를 퍼지하는 제1퍼지단계(S2-2); 제3소스가스를 반응용기(10)로 피딩하여 기판(w) 상에 흡착되어 있는 제1,2소스가스와 반응시키는 제2피딩단계(S2-3); 퍼지가스를 반응용기(10)로 유입시켜 제1,2소스가스와 반응하지 않은 제3소스가스 및 반응부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계(S2-4);를 포함하여 이루어지는 ALD 싸이클을 적어도 1회 이상 반복하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an ALD multi-layer thin film deposition method, in order to deposit a thin film made of a ternary material on a substrate, a substrate (on the wafer block 20 in the reaction vessel 10 into which different kinds of source gases are introduced) and a thin film deposition step S2 for depositing a thin film by spraying a first source gas, a second source gas, and a third source gas on the substrate w, and depositing w). The thin film deposition step S2 may include: a first feeding step S2-1 feeding the first source gas and the second source gas into the reaction vessel 10 and spraying the same onto the substrate w; A first purge step (S2-2) of introducing the purge gas into the reaction vessel 10 to purge the first and second source gases that are not adsorbed onto the substrate w; A second feeding step (S2-3) of feeding the third source gas into the reaction vessel 10 to react with the first and second source gases adsorbed on the substrate w; A second purge step (S2-4) for purging the third source gas and the reaction by-product not reacted with the first and second source gases by introducing the purge gas into the reaction vessel 10; It is characterized by repeating more than once.
Description
도 1은 본 발명에 따른 ALD 다원계 박막증착방법의 제1실시예를 수행하는 박막증착장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면, 1 is a view schematically showing an embodiment of a thin film deposition apparatus for performing a first embodiment of the ALD multi-layer thin film deposition method according to the present invention,
도 2는 도 1의 ALD 다원계 박막증착방법의 제1실시예를 수행하는 박막증착장치의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면,FIG. 2 is a view schematically showing another embodiment of a thin film deposition apparatus for performing the first embodiment of the ALD multi-layer thin film deposition method of FIG.
도 3은 도 1 및 도 2의 ALD 다원계 박막증착방법의 제1실시예의 공정 시퀀스를 그래프로 도시한 도면,3 is a graph showing a process sequence of a first embodiment of the ALD multi-layer thin film deposition method of FIGS. 1 and 2;
도 4는 본 발명에 따른 ALD 다원계 박막증착방법의 제2실시예를 수행하는 박막증착장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면, Figure 4 schematically shows an embodiment of a thin film deposition apparatus for performing a second embodiment of the ALD multi-layer thin film deposition method according to the present invention,
도 5는 도 4의 ALD 다원계 박막증착방법의 제2실시예를 수행하는 박막증착장치의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면,FIG. 5 schematically illustrates another embodiment of a thin film deposition apparatus that performs a second embodiment of the ALD multi-layer thin film deposition method of FIG. 4;
도 6은 본 발명에 따른 ALD 다원계 박막증착방법의 제3실시예를 수행하는 박막증착장치를 개략적으로 도시한 도면.6 is a schematic view showing a thin film deposition apparatus for performing a third embodiment of the ALD multi-layer thin film deposition method according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명><Description of Signs of Major Parts of Drawings>
10 ... 반응용기10 ... reaction vessel
20 ... 웨이퍼블럭20 ... Wafer Block
30 ... 펌프30 ... pump
본 발명은 ALD(Atomic Layer Deposition) 방식을 이용하여 다원계 박막을 증착할 수 있는 ALD 다원계 박막증착방법에 관한 것이다. The present invention relates to an ALD multi-layer thin film deposition method capable of depositing a multi-layered thin film using an ALD (Atomic Layer Deposition) method.
현재 DRAM, FRAM, PRAM 에 사용되는 물질은 대부분 SiO2, Al2O3, TiN 등과 같이 AxBy 로 조성을 가진 2원계 물질이 대부분 사용되고 있으며, 이러한 2원계 물질은 CVD(Chemical Vapor Deposition) 방법 또는 스퍼터(sputter) 방법으로 기판에 증착되고 있다.Currently, most materials used in DRAM, FRAM, and PRAM are mostly binary materials having AxBy composition, such as SiO2, Al2O3, TiN, etc., and these binary materials are used by CVD (Chemical Vapor Deposition) method or sputter method. Being deposited on a substrate.
그러나 소자의 집적도가 높아지고 전기적인 특성이 더욱 좋아질 것이 요구됨에 따라, AxBy 조성을 가진 2원계 물질의 특성의 한계에 봉착하게 되었고, 따라서 SrxTi1-xOy, TixAl1-xNy 등과 같이 AxByCz의 조성을 가진 3원계 물질이나, PbwZrxTiyOz, BrwSrxTiyO3 등과 같이 AwBxCyDz 의 조성을 가진 4 원계의 물질로 박막을 형성하고자 하는 시도가 진행되고 있다. 그러나, 3원계나 4원계 물질을 이용할 경우에 원하는 조성의 박막 형성이 매우 어렵고, 주로 스퍼터 방식에 의하여 기판에 증착하고 있었다. However, as the degree of integration of the device is increased and the electrical characteristics are required to be improved, the characteristics of binary materials having AxBy compositions are limited. Attempts have been made to form thin films with quaternary materials having the composition of AwBxCyDz, such as PbwZrxTiyOz and BrwSrxTiyO3. However, when a ternary or quaternary material is used, it is very difficult to form a thin film of a desired composition, and is mainly deposited on a substrate by a sputtering method.
스퍼터 방식이란, 일정한 조성을 가진 3원계 또는 4원계 물질로 이루어진 타켓(target)에 플라즈마를 인가하여 그 타켓으로부터 분자들이 튀어나오게 함으로써, 그 분자들이 기판상에 적층되도록 하는 방법이다. 이러한 스퍼터 방식은 일정한 조성의 박막을 얻을 수 있다는 장점을 가지고 있으나, 100 nm 이하의 고집적 반 도체 소자를 제조함에 있어서 스텝커버리지(step coverage)가 나빠 실제 반도체 소자 제작에 적용하기가 어렵다. The sputtering method is a method of applying a plasma to a target made of a ternary or quaternary material having a predetermined composition so that molecules are protruded from the target so that the molecules are stacked on a substrate. Although the sputtering method has an advantage of obtaining a thin film having a predetermined composition, it is difficult to apply to actual semiconductor device fabrication due to poor step coverage in manufacturing a highly integrated semiconductor device of 100 nm or less.
CVD 방법이란, 여러종류의 소스가스를 반응용기 내부에 동시에 공존시켜 반응용기 내부에서 기상 반응시킴으로써 기판상에 박막이 증착되도록 하는 방법이다. 그러나, 이러한 CVD 방법에 의하여도, 기판상에 단차가 커질 경우 스텝커버리지가 나쁜 단점을 가지고 있으며, 또한 기판 내부의 단차에 따라 조성이 다르게 형성되고, 오염물(particle)이 발생하기 쉽다라는 단점을 가지고 있다.The CVD method is a method of depositing a thin film on a substrate by simultaneously coexisting a plurality of source gases in the reaction vessel and vapor-phase reaction in the reaction vessel. However, even with such a CVD method, the step coverage is disadvantageous when the step is increased on the substrate, and the composition is formed differently according to the step inside the substrate, and contaminants are easily generated. have.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 3원계 물질 또는 4원계 물질로 이루어진 다원계 박막을 기판상에 용이하게 증착시킬 수 있으며, 조성이 일정하고 스텝커버리지가 우수한 ALD 다원계 박막증착방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made to solve the above problems, it is possible to easily deposit a plural-based thin film consisting of a ternary material or a ternary material on a substrate, constant composition and excellent step coverage ALD multi-layer thin film deposition method The purpose is to provide.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 ALD 다원계 박막증착방법의 제1실시예는, 기판상에 3원계 물질로 이루어진 박막을 증착하기 위하여, 다른 종류의 소스가스가 유입되는 반응용기(10) 내의 웨이퍼블럭(20) 상에 기판(w)을 안착시키는 기판안착단계(S1)와, 상기 기판(w)상에 제1소스가스와 제2소스가스와 제3소스가스를 분사하여 박막을 증착하는 박막증착단계(S2)를 포함하고, In order to achieve the above object, the first embodiment of the ALD multi-layer thin film deposition method according to the present invention, in order to deposit a thin film made of a ternary material on a substrate, a reaction vessel into which different types of source gas flows Substrate mounting step (S1) for mounting the substrate w on the
상기 박막증착단계(S2)는, 상기 제1소스가스와 제2소스가스를 동시에 상기 반응용기(10)로 피딩하여 상기 기판(w) 상으로 분사하는 제1피딩단계(S2-1); 퍼지 가스를 상기 반응용기(10)로 유입시켜 상기 기판(w)상에 흡착되어 있지 않은 상기 제1,2소스가스를 퍼지하는 제1퍼지단계(S2-2); 제3소스가스를 상기 반응용기(10)로 피딩하여 상기 기판(w) 상에 흡착되어 있는 제1,2소스가스와 반응시키는 제2피딩단계(S2-3); 퍼지가스를 상기 반응용기(10)로 유입시켜 상기 제1,2소스가스와 반응하지 않은 제3소스가스 및 반응부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계(S2-4);를 포함하여 이루어지는 ALD 싸이클을 적어도 1회 이상 반복하는 것을 특징으로 한다.The thin film deposition step (S2) may include: a first feeding step (S2-1) of simultaneously feeding the first source gas and the second source gas into the reaction vessel (10) and spraying them onto the substrate (w); A first purge step (S2-2) of introducing a purge gas into the reaction vessel (10) to purge the first and second source gases that are not adsorbed on the substrate (w); A second feeding step (S2-3) of feeding a third source gas into the reaction vessel (10) to react with the first and second source gases adsorbed on the substrate (w); A second purge step (S2-4) of purging the third source gas and the reaction by-products which do not react with the first and second source gases by introducing a purge gas into the
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 ALD 다원계 박막증착방법의 제2실시예는, 기판상에 4원계 물질로 이루어진 박막을 증착하기 위하여, 다른 종류의 소스가스가 유입되는 반응용기(10) 내의 웨이퍼블럭(20) 상에 기판(w)을 안착시키는 기판안착단계(S1)와, 상기 기판(w)상에 제1소스가스와 제2소스가스와 제3소스가스와 제4소스가스를 상기 기판(w) 상에 분사하여 박막을 증착하는 박막증착단계(S2')를 포함하고, 상기 박막증착단계(S2')는, In order to achieve the above object, the second embodiment of the ALD multi-layer thin film deposition method according to the present invention, in order to deposit a thin film consisting of a quaternary material on the substrate, a reaction vessel into which different kinds of source gas flows Substrate mounting step (S1) for mounting the substrate (w) on the
상기 제1소스가스와 제2소스가스와 제3소스가스를 동시에 상기 반응용기(10)로 피딩하여 상기 기판(w) 상으로 분사하는 제1피딩단계(S2'-1); 퍼지가스를 상기 반응용기(10)로 유입시켜 상기 기판(w)상에 흡착되어 있지 않은 상기 제1,2,3소스가스를 퍼지하는 제1퍼지단계(S2'-2); 제4소스가스를 상기 반응용기(10)로 피딩하여 상기 기판(w) 상에 흡착되어 있는 제1,2,3소스가스와 반응시키는 제2피딩단계(S2'-3); 퍼지가스를 상기 반응용기(10)로 유입시켜 상기 제1,2,3소스가스와 반응하지 않은 제4소스가스 및 반응부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계(S2'-4);를 포함하여 이루어지는 ALD 싸이클을 적어도 1회 이상 반복하는 것을 특징으로 한다.A first feeding step (S2 ′-1) of simultaneously feeding the first source gas, the second source gas, and the third source gas into the reaction vessel (10) and injecting onto the substrate (w); A first purge step (S2 ′-2) of purging the first, second and third source gases which are not adsorbed on the substrate (w) by introducing a purge gas into the reaction vessel (10); A second feeding step (S2′-3) of feeding a fourth source gas into the reaction vessel (10) to react with the first, second and third source gases adsorbed on the substrate (w); A second purge step (S2 ′-4) of purging the fourth source gas and the reaction by-product not reacted with the first, second and third source gases by introducing the purge gas into the
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 ALD 다원계 박막증착방법의 제3실시예는, 기판상에 4원계 물질로 이루어진 박막을 증착하기 위하여, 다른 종류의 소스가스가 유입되는 반응용기(10) 내의 웨이퍼블럭(20) 상에 기판(w)을 안착시키는 기판안착단계(S1)와, 상기 기판(w)상에 제1소스가스와 제2소스가스와 제3소스가스와 제4소스가스를 상기 기판(w) 상에 분사하여 박막을 증착하는 박막증착단계(S2")를 포함하고, 상기 박막증착단계(S2")는, In order to achieve the above object, a third embodiment of the ALD multi-layer thin film deposition method according to the present invention, in order to deposit a thin film made of a quaternary material on a substrate, a reaction vessel into which a different type of source gas is introduced Substrate mounting step (S1) for mounting the substrate (w) on the
상기 제1소스가스와 제2소스가스와 제3소스가스중 두가지 소스가스를 상기 반응용기(10)로 피딩하여 상기 기판(w) 상으로 분사하는 제1피딩단계(S2"-1); 퍼지가스를 상기 반응용기(10)로 유입시켜 상기 기판(w)상에 흡착되어 있지 않은 상기 제1,2,3소스가스중 두가지 소스가스를 퍼지하는 제1퍼지단계(S2"-2); 상기 제1소스가스와 제2소스가스와 제3소스가스중 나머지 한가지 소스가스를 상기 반응용기(10)로 피딩하여 상기 기판(w) 상으로 분사하는 제2피딩단계(S2"-3); 퍼지가스를 상기 반응용기(10)로 유입시켜 상기 기판(w)상에 흡착되어 있지 않은 상기 제1,2,3소스가스중 나머지 한가지 소스가스를 퍼지하는 제2퍼지단계(S2"-4); 제4소스가스를 상기 반응용기(10)로 피딩하여 상기 기판(w) 상에 흡착되어 있는 제1,2,3소스가스와 반응시키는 제3피딩단계(S2"-5); 퍼지가스를 상기 반응용기(10)로 유입시켜 상기 제1,2,3소스가스와 반응하지 않은 제4소스가스 및 반응부산물을 퍼지하는 제3퍼지단계(S2"-6);를 포함하여 이루어지는 ALD 싸이클을 적어도 1회 이상 반복하는 것을 특징으로 한다.A first feeding step (S2 ″-1) of feeding two source gases of the first source gas, the second source gas, and the third source gas into the
이하, 본 발명에 따른 ALD 다원계 박막증착방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, ALD multi-layer thin film deposition method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 ALD 다원계 박막증착방법의 제1실시예를 수행하는 박막증착장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 ALD 다원계 박막증착방법의 제1실시예를 수행하는 박막증착장치의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3은 도 1 및 도 2의 ALD 다원계 박막증착방법의 제1실시예의 공정 시퀀스를 그래프로 도시한 도면이다. 1 is a view schematically showing an embodiment of a thin film deposition apparatus for performing a first embodiment of the ALD multi-layer thin film deposition method according to the present invention, Figure 2 is a first embodiment of the ALD multi-layer thin film deposition method of FIG. FIG. 3 is a view schematically showing another embodiment of a thin film deposition apparatus for carrying out one embodiment, and FIG. 3 is a graph showing a process sequence of the first embodiment of the ALD multi-layer thin film deposition method of FIGS. 1 and 2. .
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 ALD 다원계 박막증착방법의 제1실시예는, 기판(w)상에 3원계 물질로 이루어진 박막을 증착하기 위한 것으로서, 다른 종류의 소스가스가 유입되는 반응용기(10) 내의 웨이퍼블럭(20) 상에 기판(w)을 안착시키는 기판안착단계(S1)와, 기판(w)상에 제1소스가스와 제2소스가스와 제3소스가스를 분사하여 박막을 증착하는 박막증착단계(S2)를 포함한다.Referring to the drawings, the first embodiment of the ALD multi-layer thin film deposition method according to the present invention is for depositing a thin film made of a ternary material on the substrate (w), a reaction vessel into which different types of source gas flows Substrate mounting step (S1) for mounting the substrate (w) on the
기판안착단계(S1)는 로봇암(미도시)이 이송모듈(미도시)에서 기판(w)을 취출하여 반응용기(10)로 유입시킨 후 웨이퍼블럭(20) 상에 안착시킴으로써 이루어진다. 이 단계에서, 웨이퍼블럭(20)은 기판(w)을 적절한 온도로 예열한다.Substrate seating step (S1) is made by the robot arm (not shown) to take out the substrate (w) from the transfer module (not shown) to flow into the
박막증착단계(S2)는, 제1소스가스(source 1)와 제2소스가스(source 2)를 동시에 반응용기(10)로 피딩하여 기판(w) 상으로 분사하는 제1피딩단계(S2-1)와, 퍼지가스를 반응용기(10)로 유입시켜 기판(w)상에 흡착되어 있지 않은 제1,2소스가스를 퍼지하는 제1퍼지단계(S2-2)와. 제3소스가스를 반응용기(10)로 피딩하여 기판(w) 상에 흡착되어 있는 제1,2소스가스와 반응시키는 제2피딩단계(S2-3)와, 퍼지가스를 반응용기(10)로 유입시켜 제1,2소스가스와 반응하지 않은 제3소스가스 및 반 응부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계(S2-4)를 포함하여 이루어지는 ALD 싸이클을 적어도 1회 이상 반복하여 수행된다. 여기서, 제1소스가스와 제2소스가스는 상호 반응하지 않는다.In the thin film deposition step S2, a first feeding step S2- of simultaneously feeding the first
제1피딩단계(S2-1)는 크게 2 가지 방식으로 나눌수 있으며, 이러한 제1피딩단계(S2-1)는 기판의 온도를 대략 200 ?? ~ 700 ?? 의 범위로 유지한 상태에서 수행된다. 또, 반응용기 내의 압력은 0.1~10torr 로 유지한다.The first feeding step (S2-1) can be divided into two ways. The first feeding step (S2-1) reduces the temperature of the substrate to approximately 200 °. ~ 700 ?? It is carried out in the state maintained in the range of. The pressure in the reaction vessel is maintained at 0.1 to 10 torr.
첫 번째 방식은 도 1에 도시된 바와 같이, 제1소스가스와 제2소스가스가 제1피딩라인(11)과 제2피딩라인(12)을 각각 경유하여 반응용기(10) 내부로 피딩되도록 하는 방식이다. In the first method, as shown in FIG. 1, the first source gas and the second source gas are fed into the
두 번째 방식은 도 2에 도시된 바와 같이, 제1소스가스와 제2소스가스를 제1피딩라인(11)과 제2피딩라인(12) 각각으로 경유케 하다가 혼합피딩라인(112)에서 혼합시킨 후 반응용기(10)로 피딩되도록 하는 방식이다. In the second method, as shown in FIG. 2, the first source gas and the second source gas are passed through the
첫 번째 방식이나 두 번째 방식을 통하여 반응용기(10)로 피딩된 제1소스가스와 제2소스가스는 기판(w) 상에 고르게 혼합된 상태로 흡착된다. The first source gas and the second source gas fed to the
제1퍼지단계(S2-2)는, 제1,2소스가스의 동시 피딩을 정지하고 반응용기(10) 내부에 이미 유입된 후 기판(w)에 흡착되지 않은 나머지 제1,2소스가스들을, 도 1에 도시된 바와 같이 독립적인 퍼지라인(15)(16)이나, 도 2에 도시된 바와 같이 통합퍼지라인(115)을 통하여 피딩되는 퍼지가스에 의하여 반응용기(10)로부터 퍼지(purge)시키는 단계이다. 퍼지된 제1,2소스가스는 펌프(30)를 통하여 배기장치로 배기된다. In the first purge step S2-2, the simultaneous feeding of the first and second source gases is stopped and the remaining first and second source gases that are not adsorbed to the substrate w after being already introduced into the
제2피딩단계(S2-3)는, 제3소스가스를 제3피딩라인(13)을 경유하여 반응용기(10) 내부로 피딩되도록 하여 기판(w) 상으로 분사하는 단계이다. 제2피딩단계(S2-3)를 통하여, 기판(w) 상에 흡착되어 있는 제1,2소스가스는 제3소스가스가 만나 반응함으로써 기판(w) 상에 소정의 3 원계 박막이 형성된다. 즉 기판(w) 상에 AxByCz 박막이 형성되는 것이다. In the second feeding step S2-3, the third source gas is injected onto the substrate w by being fed into the
제2퍼지단계(S2-4)는, 독립적인 퍼지라인(17)을 통하여 피딩되는 퍼지가스에 의하여 박막 형성에 사용되어지지 않은 제3소스가스 및 반응부산물을 반응용기(10)로부터 퍼지시키는 단계이다. 퍼지된 제3소스가스 및 반응부산물들은 펌프(30)를 통하여 배기장치로 배기된다. In the second purge step S2-4, the third source gas and the reaction by-product not used to form the thin film by the purge gas fed through the
상기한 제1피딩단계(S2-1), 제1퍼지단계(S2-2), 제2피딩단계(S2-3), 제2퍼지단계(S2-4)는 순차적인 ALD 싸이클로서 이를 적어도 1회 이상 반복함으로써 필요한 두께의 박막을 증착한다. The first feeding step (S2-1), the first purge step (S2-2), the second feeding step (S2-3), and the second purge step (S2-4) are sequential ALD cycles. The thin film of the required thickness is deposited by repeating it more than once.
형성되는 박막이 AxByCz 라는 조성을 가진다라면, 제1소스가스는 A 란 물질이 되고, 제2소스가스는 B 란 물질이 되며, 제3소스가스는 C 란 물질이 되고, 제1피딩단계(S2-1)에서 소스가스는 AB, BC, AC 형태로 피딩되고, 제2피딩단계(S2-2)에서 나머지 소스가스가 피딩된다. If the thin film to be formed has the composition AxByCz, the first source gas is a material A, the second source gas is a material B, the third source gas is a material C, and the first feeding step (S2- In 1) the source gas is fed in the form of AB, BC, AC, the remaining source gas is fed in the second feeding step (S2-2).
다음, 본 발명에 따른 ALD 다원계 박막증착방법의 제2실시예를 설명한다.Next, a second embodiment of the ALD multi-layer thin film deposition method according to the present invention will be described.
도 4는 본 발명에 따른 ALD 다원계 박막증착방법의 제2실시예를 수행하는 박막증착장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5는 도 4의 ALD 다원계 박막증착방법의 제2실시예를 수행하는 박막증착장치의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 제1실시예에서와 동일한 참조부호는 동일 기능을 하는 동일 부재이다.4 is a view schematically showing an embodiment of a thin film deposition apparatus for performing a second embodiment of the ALD multi-layer thin film deposition method according to the present invention, Figure 5 is a first embodiment of the ALD multi-layer thin film deposition method of FIG. 2 is a view schematically showing another embodiment of a thin film deposition apparatus for performing the second embodiment. Here, the same reference numerals as in the first embodiment are the same members having the same functions.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 ALD 다원계 박막증착방법의 제2실시예는, 기판상(w)에 4원계 물질로 이루어진 박막을 증착하기 위한 것으로서, 다른 종류의 소스가스가 유입되는 반응용기(10) 내의 웨이퍼블럭(20) 상에 기판(w)을 안착시키는 기판안착단계(S1)와, 기판(w)상에 제1소스가스와 제2소스가스와 제3소스가스와 제4소스가스를 분사하여 박막을 증착하는 박막증착단계(S2)를 포함한다.Referring to the drawings, a second embodiment of the ALD multi-layer thin film deposition method according to the present invention is for depositing a thin film made of a quaternary material on the substrate (w), a reaction vessel into which different kinds of source gases flow Substrate mounting step S1 for seating the substrate w on the
기판안착단계(S1)는 로봇암(미도시)이 이송모듈(미도시)에서 기판(w)을 취출하여 반응용기(10)로 유입시킨 후 웨이퍼블럭(20) 상에 안착시킴으로써 이루어진다. 이 단계에서, 웨이퍼블럭(20)은 기판(w)을 적절한 온도로 예열한다.Substrate seating step (S1) is made by the robot arm (not shown) to take out the substrate (w) from the transfer module (not shown) to flow into the
박막증착단계(S2)는, 제1소스가스(source 1)와 제2소스가스(source 2)와 제3소스가스(source 3)를 동시에 반응용기(10)로 피딩하여 기판(w) 상으로 분사하는 제1피딩단계(S2'-1)와, 퍼지가스를 반응용기(10)로 유입시켜 기판(w)상에 흡착되어 있지 않은 제1,2,3소스가스를 퍼지하는 제1퍼지단계(S2'-2)와. 제4소스가스를 반응용기(10)로 피딩하여 기판(w) 상에 흡착되어 있는 제1,2,3소스가스와 반응시키는 제2피딩단계(S2'-3)와, 퍼지가스를 반응용기(10)로 유입시켜 제1,2,3소스가스와 반응하지 않은 제4소스가스 및 반응부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계(S2'-4)를 포함하여 이루어지는 ALD 싸이클을 적어도 1회 이상 반복하여 수행된다. 여기서, 제1소스가스와 제2소스가스와 제3소스가스는 상호 반응하지 않는다.In the thin film deposition step S2, the first
제1피딩단계(S2'-1)는 크게 2 가지 방식으로 나눌수 있으며, 이러한 제1피딩 단계(S2'-1)는 기판의 온도를 200 ?? ~ 700 ?? 의 범위로 유지한 상태에서 수행된다. 또, 반응용기 내의 압력은 0.1~10torr 로 유지한다.The first feeding step S2'-1 may be divided into two types. The first feeding step S2'-1 may increase the temperature of the substrate at 200 ° C. ~ 700 ?? It is carried out in the state maintained in the range of. The pressure in the reaction vessel is maintained at 0.1 to 10 torr.
첫 번째 방식은 도 4에 도시된 바와 같이, 제1,2,3소스가스가 각각의 제1,2,3피딩라인(11)(12)(13)을 각각 경유하여 반응용기(10) 내부로 피딩되도록 하는 방식이다. In the first method, as shown in FIG. 4, the first, second and third source gases are respectively introduced into the
두 번째 방식은 도 5에 도시된 바와 같이, 제1,2,3소스가스가 제1,2,3피딩라인(11)(12)(13) 각각 경유하다가 혼합피딩라인(113)에서 혼합된 후 반응용기(10)로 피딩되도록 하는 방식이다. In the second method, as shown in FIG. 5, the first, second and third source gases are mixed in the
첫 번째 방식이나 두 번째 방식을 통하여 반응용기(10)로 피딩된 제1,2,3소스가스가 기판(w) 상에 고르게 혼합된 상태로 흡착된다. The first, second and third source gases fed to the
제1퍼지단계(S2'-2)는, 제1,2,3소스가스의 동시 피딩을 정지하고 반응용기(10) 내부에 이미 유입된 후 기판(w)에 흡착되지 않은 나머지 제1,2,3소스가스들을, 도 4에 도시된 바와 같이 독립적인 퍼지라인(15)(16)(17)이나, 도 5에 도시된 바와 같이 통합퍼지라인(116)을 통하여 피딩되는 퍼지가스에 의하여 반응용기(10)로부터 퍼지(purge)시키는 단계이다. 퍼지된 제1,2,3소스가스는 펌프(30)를 통하여 배기장치로 배기된다.The first purge step (S2 ′-2) stops simultaneous feeding of the first, second and third source gases and has already flowed into the
제2피딩단계(S2'-3)는, 제4소스가스를 제4피딩라인(14)을 경유하여 반응용기(10) 내부로 피딩되도록 하여 기판(w) 상으로 분사하는 단계이다. 제2피딩단계(S2'-3)를 통하여, 기판(w) 상에 흡착되어 있는 제1,2,3소스가스는 제4소스가스가 만나 반응함으로써 기판(w) 상에 소정의 4 원계 박막이 형성된다. 즉 기판(w) 상에 AwBxCyDz 박막이 형성되는 것이다. The second feeding step S2 ′ -3 is a step of spraying the fourth source gas onto the substrate w by being fed into the
제2퍼지단계(S2'-4)는, 독립적인 퍼지라인(18)을 통하여 피딩되는 퍼지가스에 의하여 박막 형성에 사용되어지지 않은 제3소스가스 및 반응부산물을 반응용기(10)로부터 퍼지시키는 단계이다. 퍼지된 제4소스가스 및 반응부산물들은 펌프(30)를 통하여 배기장치로 배기된다. The second purge step S2 ′ -4 purges, from the
상기한 제1피딩단계(S2'-1), 제1퍼지단계(S2'-2), 제2피딩단계(S2'-3), 제2퍼지단계(S2'-4)는 순차적인 ALD 싸이클로서 이를 적어도 1회 이상 반복함으로써 필요한 두께의 박막을 증착한다. The first feeding step S2'-1, the first purging step S2'-2, the second feeding step S2'-3, and the second purging step S2'-4 are sequential ALD cycles. This is repeated at least one or more times to deposit a thin film of the required thickness.
형성되는 박막이 AwBxCyDz 라는 조성을 가진다라면, 제1소스가스는 A 란 물질이 되고, 제2소스가스는 B 란 물질이 되며, 제3소스가스는 C 란 물질이 되고, 제4소스가스는 D 란 물질이 된다. If the thin film to be formed has a composition of AwBxCyDz, the first source gas is a material A, the second source gas is a material B, the third source gas is a material C, and the fourth source gas is a D material. It becomes a substance.
다음, 본 발명에 따른 ALD 다원계 박막증착방법의 제3실시예를 설명한다.Next, a third embodiment of the ALD multi-layer thin film deposition method according to the present invention will be described.
도 6은 본 발명에 따른 ALD 다원계 박막증착방법의 제3실시예를 수행하는 박막증착장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 제1,2실시예에서와 동일한 참조부호는 동일 기능을 하는 동일 부재이다.6 is a schematic view showing a thin film deposition apparatus for performing a third embodiment of the ALD multi-layer thin film deposition method according to the present invention. Here, the same reference numerals as in the first and second embodiments are the same members having the same functions.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 ALD 다원계 박막증착방법의 제3실시예는, 기판상(w)에 4원계 물질로 이루어진 박막을 증착하기 위한 것으로서, 다른 종류의 소스가스가 유입되는 반응용기(10) 내의 웨이퍼블럭(20) 상에 기판(w)을 안착시키는 기판안착단계(S1)와, 기판(w)상에 제1소스가스와 제2소스가스와 제3소스가스와 제4소스가스를 분사하여 박막을 증착하는 박막증착단계(S2")를 포함한다.As shown, the third embodiment of the ALD multi-layer thin film deposition method according to the present invention, for depositing a thin film made of a quaternary material on the substrate (w), a reaction vessel into which different types of source gas flows Substrate mounting step S1 for seating the substrate w on the
기판안착단계(S1)는 로봇암(미도시)이 이송모듈(미도시)에서 기판(w)을 취출하여 반응용기(10)로 유입시킨 후 웨이퍼블럭(20) 상에 안착시킴으로써 이루어진다. 이 단계에서, 웨이퍼블럭(20)은 기판(w)을 적절한 온도로 예열한다.Substrate seating step (S1) is made by the robot arm (not shown) to take out the substrate (w) from the transfer module (not shown) to flow into the
박막증착단계(S2")는, 제1소스가스(source 1)와 제2소스가스(source 2)와 제3소스가스(source 3) 중 두가지 소스가스를 동시에 반응용기(10)로 피딩하여 기판(w) 상으로 분사하는 제1피딩단계(S2"-1)와, 퍼지가스를 반응용기(10)로 유입시켜 기판(w)상에 흡착되어 있지 않은 제1,2,3소스가스중 두가지 소스가스를 퍼지하는 제1퍼지단계(S2"-2)와, 제1소스가스와 제2소스가스와 제3소스가스중 나머지 한가지 소스가스를 반응용기(10)로 피딩하여 기판(w) 상으로 분사하는 제2피딩단계(S2"-3)와, 퍼지가스를 반응용기(10)로 유입시켜 기판(w)상에 흡착되어 있지 않은 제1,2,3소스가스중 나머지 한가지 소스가스를 퍼지하는 제2퍼지단계(S2"-4)와, 제4소스가스(source 4)를 반응용기(10)로 피딩하여 기판(w) 상에 흡착되어 있는 제1,2,3소스가스와 반응시키는 제3피딩단계(S3"-5)와, 퍼지가스를 반응용기(10)로 유입시켜 제1,2,3소스가스와 반응하지 않은 제4소스가스 및 반응부산물을 퍼지하는 제3퍼지단계(S2"-6)를 포함하여 이루어지는 ALD 싸이클을 적어도 1회 이상 반복하여 수행된다. 여기서, 제1소스가스와 제2소스가스와 제3소스가스는 상호 반응하지 않거나, 또는 적어도 제1소스가스와 제2소스가스와 제3소스가스 중 동시에 유입되는 두개의 소스가스는 상호 반응하지 않아야 한다.In the thin film deposition step S2 ″, two source gases of the first
본 실시예에는 도 6에 도시된 바와 같이, 제1,2소스가스를 동시에 피딩하고, 제3소스가스와 제4소스가스를 독립적으로 피딩하는 것을 예로써 설명한다. 그러나, 제2,3소스가스나, 제3,4소스가스나, 제1,4소스가스등을 동시에 피딩하고 나머지 2 종류의 가스들을 독립적으로 피딩할 수 있음은 물론이다. In this embodiment, as illustrated in FIG. 6, the first and second source gases are simultaneously fed and the third and fourth source gases are independently fed. However, it is, of course, possible to simultaneously feed the second and third source gases, the third and fourth source gases, the first and the fourth source gases and the other two kinds of gases independently.
제1피딩단계(S2"-1)는 기판의 온도를 200 ?? ~ 700 ?? 의 범위로 유지하고, 반응용기 내의 압력을 0.1~10torr 로 유지한 상태에서 수행되는 것으로서, 제1,2소스가스가 각각의 제1,2피딩라인(11)(12)을 경유한 후 혼합피딩라인(112)에서 혼합된 후 반응용기(10)로 피딩된다. 제1피딩단계(S2-1)를 통하여 반응용기(10)로 피딩된 제1,2소스가스는 기판(w) 상에 고르게 혼합된 상태로 흡착된다. The first feeding step (S2 "-1) is carried out while maintaining the temperature of the substrate in the range of 200 ~ 700 ~, the pressure in the reaction vessel to 0.1 ~ 10torr, the first, second source The gas is fed through the first and
이때, 제1소스가스와 제2소스가스와 제3소스가스중 두가지 소스가스는 반응용기(10) 외부의 혼합피딩라인(112)에서 혼합된 후 상기 반응용기(10)로 피딩될 수도 있음은 물론이다. In this case, the two source gases of the first source gas, the second source gas and the third source gas may be mixed in the
제1퍼지단계(S2"-2)는, 제1,2소스가스의 동시 피딩을 정지하고 반응용기(10) 내부에 이미 유입된 후 기판(w)에 흡착되지 않은 나머지 제1,2소스가스들을, 통합퍼지라인(116)을 통하여 피딩되는 퍼지가스에 의하여 반응용기(10)로부터 퍼지시키는 단계이다. 퍼지된 제1,2소스가스는 펌프(30)를 통하여 배기장치로 배기된다.The first purge step (S2 ″-2) stops simultaneous feeding of the first and second source gases and has already flowed into the
제2피딩단계(S2"-3)는 제3소스가스를 제3피딩라인(13)을 통하여 반응용기(10)로 피딩하는 단계로서, 제2피딩단계(S2"-3)을 통하여 기판(w) 상에 흡착된 제1,2소스가스에 제3소스가스가 고르게 혼합된 상태를 유지한다. The second feeding step S2 "-3 is a step of feeding the third source gas into the
제2퍼지단계(S2"-4)는 제3소스가스의 동시 피딩을 정지하고 반응용기(10) 내부에 이미 유입된 후 기판(w)에 흡착되지 않은 나머지 제3소스가스를 독립적인 퍼지라인(17)을 통하여 피딩되는 퍼지가스에 의하여 반응용기(10)로부터 퍼지(purge) 시키는 단계이다. 퍼지된 제3소스가스는 펌프(30)를 통하여 배기장치로 배기된다.The second purge step S2 ″ -4 stops simultaneous feeding of the third source gas and independently purges the remaining third source gas that has not been adsorbed to the substrate w after it has already flowed into the
제3피딩단계(S2"-5)는, 제4소스가스를 제4피딩라인(14)을 경유하여 반응용기(10) 내부로 피딩되도록 하여 기판(w) 상으로 분사하는 단계이다. 제2피딩단계(S2"-5)를 통하여, 기판(w) 상에 흡착되어 있는 제1,2,3소스가스는 제4소스가스가 만나 반응함으로써 기판(w) 상에 소정의 4 원계 박막이 형성된다. 즉 기판(w) 상에 AwBxCyDz 박막이 형성되는 것이다. The third feeding step S2 ″ -5 is a step of spraying the fourth source gas onto the substrate w by feeding the fourth source gas into the
제3퍼지단계(S2"-6)는, 독립적인 퍼지라인(18)을 통하여 피딩되는 퍼지가스에 의하여 박막 형성에 사용되어지지 않은 제4소스가스 및 반응부산물을 반응용기(10)로부터 퍼지시키는 단계이다. 퍼지된 제4소스가스 및 반응부산물들은 펌프(30)를 통하여 배기장치로 배기된다. The third purge step (S2 ″ -6) purges the fourth source gas and the reaction by-product not used in the thin film formation from the
상기한 제1피딩단계(S2"-1), 제1퍼지단계(S2"-2), 제2피딩단계(S2"-3), 제2퍼지단계(S2"-4), 제3피딩단계(S2"-5), 제3퍼지단계(S2"-6)는 순차적인 ALD 싸이클로서 이를 적어도 1회 이상 반복함으로써 필요한 두께의 박막을 증착한다. The first feeding step S2 "-1, the first purge step S2" -2, the second feeding step S2 "-3, the second purging step S2" -4, and the third feeding step (S2 " -5) and the third purge step (S2 " -6) are sequential ALD cycles, which deposit a thin film of a required thickness by repeating at least one or more times.
형성되는 박막이 AwBxCyDz 라는 조성을 가진다라면, 제1소스가스는 A 란 물질이 되고, 제2소스가스는 B 란 물질이 되며, 제3소스가스는 C 란 물질이 된다. 이때, 제1피딩단계(S2"-1)에서 소스가스는 AB, BC, CD, AD 형태로 피딩되고, 제2피딩단계(S2"-4) 및 제3피딩단계(S2"-6)에서 나머지 소스가스가 각각 피딩된다. If the thin film to be formed has a composition of AwBxCyDz, the first source gas is a material A, the second source gas is a material B, and the third source gas is a material C. At this time, the source gas in the first feeding step (S2 "-1) is fed in the form of AB, BC, CD, AD, in the second feeding step (S2" -4) and the third feeding step (S2 "-6) The remaining source gases are each fed.
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 ALD 다원계 박막증착방법에 따르면, 기판상에 3원계 물질 또는 4원계 물질로 이루어진 박막을 기판상에 용이하게 증착시킬 수 있으며, 증착되는 박막의 조성이 일정하게 할 수 있다. 또한, 기판상에 단차가 클 경우에도 우수한 스텝커버리지를 유지할 수 있다는 효과가 있다. As described above, according to the ALD multi-layer thin film deposition method according to the present invention, it is possible to easily deposit a thin film made of a ternary material or a quaternary material on the substrate, the composition of the thin film to be deposited Can be. In addition, there is an effect that it is possible to maintain excellent step coverage even when the step is large on the substrate.
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Cited By (2)
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2004
- 2004-10-02 KR KR1020040078551A patent/KR20060029554A/en not_active Application Discontinuation
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