KR20070003982A - 비연속적 선구물질 주입에 의한 금속 산화물 증착 방법 - Google Patents

비연속적 선구물질 주입에 의한 금속 산화물 증착 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공정 챔버에서 적어도 하나의 기판상에 적어도 하나의 층을 증착하는 방법에 관한 것으로서, 여기서 층은 적어도 하나의 성분을 포함한다. 적어도 하나의 제1 금속 성분은 특히 액체 또는 액체에 용해된 형태의 시작 재료의 비연속 주입에 의해 조절된 캐리어 가스에서 증발되고, 적어도 하나의 제2 성분은 화학적 반응성 시작 재료이다. 이러한 시작 재료들은 택일적으로 공정 채머에 주입되고 제2 시작 재료는 화학적 반응성 가스 또는 화학적 반응성 액체이다.

Description

비연속적 선구물질 주입에 의한 금속 산화물 증착 방법{METHOD FOR THE DEPOSITION IN PARTICULAR OF METAL OXIDES BY NON-CONTINUOUS PRECURSOR INJECTION}
본 발명은 공정 챔버에서 적어도 하나의 기판의 적어도 하나의 층에 증착하는 방법에 관한 것으로서, 상기 층은 적어도 두 개의 성분(component)을 포함하고, 적어도 제1 금속 성분은 액체 형태의 제1 시작 재료 또는 액체에 용해된 제1 시작 재료의 비연속적 주입에 의하여 캐리어 가스, 특히 가열된 캐리어 가스로 증발되며, 제2 성분은 화학적 반응성 시작 재료로서 공급되고, 시작 재료들이 공정 챔버에 교번식으로 유입되는 것을 특징으로 한다.
하프늄 산화물 또는 알루미늄 산화물 또는 프라세오디뮴과 같은 금속-산화 층들의 증착에 있어서, 본 명세서에는 분자 빔 에피택시(MBE:molecular beam epitaxy), 유기 금속 화학 기상 증착(MOCVD: metal-organic chemical vapor deposition) 및 원자 층 증착(ALD: atomic layer deposition)와 같은 방법들이 개시된다.
MBE는 얇은 층이 증착되었을 때 컨포멀한 에지 커버리지(conformal edge coverage)를 달성하지 못하는 반면에 MOCVD와 ALD 방법은 구조화된 기판에 증착될 때 우수한 에지 커버리지를 보증한다. 액체 또는 고체 선구물질의 증발에 기반한 종래의 MOCVD 방법들은 대개 캐리어 가스에 의해 시작 물질들을 기체 상태(gas phase)로 이송하기 위하여 가열된 선구물질 용기(버블러)를 이용한다. 산화 재료를 위한(또는 희석 액에 대응하는) 대부분의 선구물질들은 대개 비교적 비휘발성이며, 화학적 및 열적으로 불안정하며, 증착이 재생할 수 없도록 영향을 미치는 이러한 열적 환경하에서 변화 및 분해한다. 특히, 기체 상태의 완전한 포화(saturation) 및 이에 따른 높은 성장률은 오로지 상기 과정들에 의하여 간신히 달성될 수 있다. 따라서, 가열된 표면과의 직접 접촉에 의한 적은 양의 선구물질의 급격한 증발에 기반한 다양한 액체 선구물질 공급 시스템들이 MOCVD를 위하여 개발되어왔다. 이러한 공정은 가열된 표면 및 미립자 형성에 따른 증착물의 결과로 시간이 흐르면서 변화하는 증발 특성들과 같은 문제점들을 수반한다. 비록 도시되지 않았지만 다수의 소스들에 의하여, 이어지는 비접촉 증발을 이용하여 가열된 체적으로의 액체 선구물질의 주기적 주입이 이러한 손실을 피하기 위하여 사용될 수 있다고 알려져 있다(US 5945162). 종래의 MOCVD의 경우, 열등한 원자 정밀도는, 예컨대 나노 적층물의 증착시에, 층 두께 제어와 관련하여 부적절하다. ALD 방법과 대비하여, 또한 종래의 MOCVD가 고도로 구조화된 기판상의 증착에 사용될 때 에지 커버리지는 종종 부적절한 것으로 언급된다.
그러나, ALD 방법은 염소 화합물에 기초한 매우 적은 양의 제공가능한 선구물질들에 의지한다. 예컨대, 공정 챔버에 산화제로서 기체의 H2O의 교번식 주입은 배기 가스 성분으로서 안전하게 다루기 다소 어려운 HCl을 생산한다.
특히, 버블러 시스템은 제한된 승화 공정들로 인하여 항상 충분한 시작 물질을 생성할 수는 없기 때문에, 고체 물질들의 소스(버블러)에 의지하는 ALD 방법은 부적절하게 완수할 수 있는 기체 상태 포화에 일반적으로 문제가 있다. 충전될 하나 이상의 기판과 비교적 큰 반응 챔버 체적을 가지는 시스템의 경우, 이러한 문제는 특히 두드러진다. 이러한 현상은 제작 목적에 부적절한 성장률을 초래하고, 기판의 비균등한 코팅까지 초래할 수 있다.
단층의 연속 증착을 위해, ALD는 교번식 자기-제어 방식의 화학 반응의 원칙에 의지한다. 이는 밸브의 복잡한 스위칭에 의하여 수행된다. 펌핑 및 정화 사이클들은 개별적인 반응물들을 공급하는 사이에 유입된다. 이것은 낮은 재료처리량을 야기하고, 특히 단일-웨이퍼 ALD 시스템의 경우에 불리하다.
표준 MOCVD 방법의 경우에 시작 물질들이 기체 상태에서 미리 혼합되지 않기 때문에, ALD 방법이 사용될 때 다중-성분 산화물들의 생산은 더욱 어려워지거나 또는 심지어 완전히 불가능하게 된다. 특히, 그 결과 ALD 방법은 상이한 타입의 재료의 다수의 금속 산화물들의 혼합물들이 원칙적으로 그래디언트형(gradient) 편차를 가지는 성장 공정 동안 인-시튜로 변하는 것을 허용하는 층들을 생산할 수 없다. 또한, ALD는 층 두께에 따라 비선형 성장을 나타내며, 이는 특히 층 두께가 매우 작은 경우, 공정 제어를 더욱 어렵게 만든다.
전자 부품들의 더 큰 발전을 위하여, 예를 들어 CMOS 또는 DRAM 애플리케이 션에서, 그 중에서도 특히 유전체만큼 높은-K 재료들이 SiO2의 대체물로 시도된다. 이를 위한 후보로, 특히 다중-성분 산화물을 제외한, 알루미늄 산화물, 하프늄 산화물 또는 프라세오디뮴 산화물은, 그것들이 유전상수 및 누설전류에 대하여 현저한 특성을 갖기 때문에, 매우 중요하다. 최근의 연구결과는 심지어 이러한 금속 산화물들을 서로 적층하거나 혼합함으로써, 또는 열 안정성을 개선하기 위하여 실리콘을 첨가함으로써 재료 특성들을 개선할 수 있음을 증명하였다.
일반적으로, HfO2, Al2O3 또는 Pr2O3와 같은 순수한 재료들은 유전 상수, 누설전류 및 열 안정성에 대한 요건을 일제히 만족시키는 것으로 보이지 않는다. 그러한 금속 산화물들 또는 유사한 금속산화물들의 혼합 또는 도핑은 본 명세서에서 용해제인 것으로 보인다. 본 발명이 속하는 기술 분야의 현재 상태에 따르면, 표준 ALD 또는 MBE 방법은 매우 낮은 성장율로 인하여 다중-성분 재료들의 층 증착에 적합한 제조 방법이 아니다. 따라서 산업적 규모에 따라 저-비용, 고도로 순수한 효율적 증착, 심지어 고도로 구조화된 기판들상에 우수한 재현성, 높은 균일성 및 우수한 에지 커버리지를 가지는, 예를 들어 하프늄 산화물 또는 알루미늄 산화물 등에 기반한 다중-성분 금속 산화물들을 확보하는 방법이 요구된다.
이러한 측면에서, 원칙적으로 모범적인 MOCVD 및 ALD 방법의 장점을 결합하는 반면, 개개의 단점들을 제거하는 방법의 개발이 요구된다. 원자 층 두께 조정가능성, 자유롭게 조정가능한 높은 성장률, 적당한 기체 상태 포화 및 고도로 구조화된 토포그래피상에 전형적인 증착의 가능성을 방지하는 동시에, 부적절한 기체 상태 포화, 성장 및 정화 사이클을 위한 복잡한 밸브 스위칭 동작, 다중-성분 재료 시스템들의 증착에 있어서의 제한 가능성 및 소스 재료들의 적은 선택폭 또한 막는다.
DE 103 42 890은 펄스 폭 또는 펄스들 간의 포즈(pause)들이 선구물질들의 유량(mass flow)를 바꾸기 위하여 변경되는 장치 및 방법을 개시한다.
DE 101 14 956 및 DE 100 57 491 A1은 도입부에 언급된 방법에 의하여 층들을 증착하는 다양한 시작 물질들의 사용을 도시한다.
본 발명의 목적은 상기 결점들이 대부분 예방되고, 원자 층 증착이 가능한 정도까지 일반적인 방법을 향상시키기 위한 것이다.
이러한 목적은 청구항들에 명시된 본 발명에 의하여 달성되고, 각 청구항들은 독립적인 발명을 개시한다.
청구항 제1항은 먼저 시작 재료를 공정 챔버에 선택적으로 주입하는 단계를 제공한다. 본 발명은 따라서 액체 또는 액체에 용해된 고체 형태의 시작 물질이 비연속 주입에 의하여 가열된 볼륨(volume)으로 주입되는 방법에 관한 것이다. 이것은 적당한, 밸브-제어 노즐을 이용하여 원자화에 의해 발생할 수 있다. 액체가 캐리어 가스의 가열된 볼륨으로 주입될 때, 증발의 에너지가 캐리어 가스로부터 얻어진다. 이러한 경우에 유량은 기상 챔버에서 캐리어 가스가 포화되는 방식으로 펄스마다 설정된다. 바람직하게는, 본 명세서에서는 적어도 하나의 증발된 금속 시작 물질 및 적어도 하나의 활성화 가스가 교번식으로 사용된다. 두 개의 가스 펄스들 간에, 공정 챔버 또는 기상 챔버는 캐리어 가스를 이용하여 정화될 수 있다. 그러나, 또한 두 개의 가스 펄스들 간에 펌핑에 의하여 공정 챔버 또는 기상 챔버가 배기될 수도 있다. 두 개의 시작 재료들이 공통의 기상 챔버에서 증발된다면, 펄스들 간에 이러한 챔버를 정화하거나 배기시키는 것이 바람직하다. 또한, 각각의 시작 재료들의 증발이 개별 기상 챔버들에서 수행될 수도 있다. 여기서 펄스들 간에 기상 챔버를 정화 또는 배기시키는 것은 필수적이지 않지만, 이 경우 공정 챔버는 펄스들 간에 정화되거나 배기되어야 한다. 또한, 하나의 시작 물질부터 다른 시작 물질로의 전환 과정 중에 포즈가 유지될 수 있다. 포즈 중에, 비활성 캐리어 가스가 공급될 수 있다. 그러나, 이러한 경우에. 장치, 특히 공정 챔버가 포즈 동안 배기될 수 있다. 공정 챔버의 정화 또는 공정 챔버의 배기는 가열된 기판 홀더를 이용하여 일어난다. 상기 방법이 실행될 때 코팅되는 하나 이상의 기판들은 기판 홀더에 놓여진다. 이 경우 유량은 단층상의 단층이 펄스형 방식으로 기판상에 증착되도록 설정될 수 있다. 단층이 각각 증착되는 각각의 성장 단계들 간에 포즈에서, 표면상에 부착된 분자는 자체적으로 정렬되는 시간을 갖는다. 하나 이상의 가열된 볼륨들로의 액체 또는 용해된 시작 물질들의 직접 주입은 가스 상태의 완전한 포화를 달성하는 반면, 동시에 성장 또는 정화 사이클을 완성하기 위하여 복잡한 밸브 스위칭 동작을 없애는 것을 가능하게 한다. 상기 청구된 방법 및 장치는 그 결과 단지 금속 또는 금속-산화물 소스 재료들의 비접촉 증발만을 가능하게 하는 것이 아니다. 이러한 공정 챔버 내에서 높은 가스 형태 포화 또한 달성된다. 이것은 높은 처리량과 함께, 금속 산화물들, 금속 질화물들 또는 금속들의 효율적이고, 재현 가능하며 미립자가 없는 증착을 보장한다. 완전한 가스 상태 포화는 또한 다수의 기판들상에 동시적인 증착을 가능케 한다. 이러한 기판들은 하나가 다른 하나위에 적층되거나 또는 나란히 놓일 수 있다. 기판들은 이러한 경우 수평으로 배향되거나 또는 수직으로 배향된다. 국지적인 감소 및 비균등한 층 성장의 수반이 예방된다. 주입 펄스 후에 하나의 층의 성분이 기판 표면상에 형성되는 동안, 다른 성분의 시작 재료가 제공될 수 있다. 예를 들어, 더 많은 금속 산화물들이 혼합될 수 있다. 이것은 또한 액체 주입에 의해 일어난다. 이러한 경우 이러한 주입률 또는 펄스-포즈 비율은 대부분 자유롭게 선택될 수 있다. 유량에 영향을 미치기 위하여, 공급 라인에서 주입 노즐로의 승인 압력(admission pressure) 또는 단위 시간당 유량 또한 변경될 수 있다. 단일 또는 혼합 또는 도핑된 금속 산화물들 또는 금속 질화물들이 상기 방법에 의하여 증착될 수 있는 것은 장점으로 간주된다. 주입 승인 압력 또는 유도 주파수 또는 펄스/포즈 비율의 변동은, 연속적인 층들의 증착 사이에 요구되는 긴 포즈 없이도, 상이한 특성의 층들을 다른 한 층의 상부상에 어느 하나의 층이 직접적으로 증착되도록 한다. 본 발명에 따른 방법은 또한 그래디언트형 구조물을 증착하기 위하여 사용될 수 있다. 이것은 층을 증착하는 동안 상기 유량과 파라미터들의 계속적인 변동에 의하여 일어난다. 결과적으로, 수직 방향에서 계속적으로 변화하는 층 조성물이 형성된다. 이러한 방법으로, 결과적으로 두 증착된 층들 간에 계속적인 변형이 성취될 수 있다. 이것은 평면 표면과 특히 트렌치와 같이 3-차원 구조물을 가지는 고도로 구조화된 표면 모두에서 일어날 수 있다. 공급 라인에서 시작 재료들의 주입 노즐로의 유량은 유량 측정에 의하여 결정된다. 다음의 금속들은 특히 금속성 성분들로서 고려되는 것들이다: Al, Si, Pr, Ge, Ti, Zr, Hf, Y, La, Ce, Nb, Ta, Mo, Bi, Nd, Ba, Gd, Sr. 이러한 방법은 다수의 성분들을 포함하는 층들이 증착되도록 할 뿐 아니라, 또한 하나의 성분을 포함하는 층들을 증착하는 것도 가능하게 한다. 예를 들어, Pt 또는 Ro로 구성된 금속 전극을 증착하는 것이 가능하다. 금속 성분은 유기금속 시작 재료로서 주입된다. 화학적 반응성 시작 재료는 이 경우 산소 또는 물일 수 있다. 유기금속 성분의 유기적 부분은 이것을 이용하여 제거된다. 이러한 방법 청구항을 이용한 장치는 DE 103 42 890에 의하여 설명된 것에 대응하여 수행된다.
본 발명의 전형적인 실시예들은 아래 첨부된 도면들을 참조하여 설명된다.
도 1은 개략적인 설명에 있어서 본 발명에 따른 장치의 구조를 도시하고,
도 2는 공정 시간에 따른 선구물질(3a), 반응성 가스(3b) 및 캐리어 가스(3c)의 가스 흐름 변화 도시하며,
도 3은 제2 전형적 실시예의 도2에 따른 대표도를 도시한다.
도 1은 개략적 형식으로 다채널 주입 장치(6)에 의해 액체 또는 용해된 금속 시작 물질의 비연속 주입을 위한 장치의 주요 구성요소를 도시한다. 본 전형적 실시예에서, 다채널 주입 장치는 다수의 채널들(5)을 가진다. 그러나, 또한 각각의 경우 단 하나의 채널(5)이 기상 챔버로 개방된다. 전형적인 실시예는 각각 주입 장치(6)를 갖는 전체 4개의 기상 챔버들(4)이 도시된다. 이러한 장치는 특히 단일-성분 또는 다중-성분 산화물들(하프늄 산화물, 알루미늄 산화물, 스트론튬 산화물 또는 플세오디뮴 산화물 등), 적층 및 혼합 산화 금속들 및 금속, 금속 산화물 및 전기적 전도 반도체 화합물과 같은 단일-성분 또는 다중-성분 전기적 전도 재료들을 증착하기 위하여 사용되기 위한 것이다. 앞서 개시되고 하기에서 상세히 설명되는 본 방법은 공정 주파수를 방해하지 않으면서 원자 층 두께 제어를 이용한 개별 소스들의 인-시튜 유량 제어에 의하여, 유전체와 전기적으로 전도성인 전극 재료들을 고도로 구조화된 기판들상에 형성하기 위하여, 패시베이션(passivation) 층들로부터 복잡한 구조물들이 생산되도록 한다.
도 1은 반응기(reactor) 챔버(14)를 가지는 반응기를 도시한다. 미도시된, 예컨대 진공 펌프와 같은 주변 장치들은 반응기 챔버(14) 및 반응기 챔버의 상류에 배열된 장치들을 배기하기 위하여 반응기 챔버(14)에 연결된다. 반응기 챔버의 내부에는 히터(13)가 있다. 히터의 상부에 위치한 것은 참조 번호 1로 나타내지는 기판이다. 기판(1)은 본 도면에 미도시된 기판 홀더상에 장착된다. 상기 기판 홀더는 회전식으로 작동할 수 있다. 기판 위에는 시작 재료가 주입되는 공정 챔버(2)가 있다. 이러한 목적을 수행하는 것은 공정 챔버(2)상에 증착되고 샤워 헤드(shower head) 형태로 형성되는 가스 주입 부재(gas inlet member)(15)이다. 가스 주입 부재(15)는 공정 챔버(2)의 상향 제한을 제공한다. 기판 또는 기판 홀더(미도시)는 공정 챔버(2)의 하향 제한을 제공한다. 반응성 가스들 또는 가스에 용해된 액체들 및 상부로부터 공정 챔버(2)로 흐르는 캐리어 가스들은 주변 장치들을 통하여 공정 챔버(2)에서 유출된다. 그들은 반응기 챔버(14)로부터 펌핑된다.
공급 라인(12)은 가스 주입 부재로 개방된다. 증발된 시작 재료들(3)은 캐리어 가스(7)와 함께 공급 라인(12)를 통하여 가스 주입 부재(15)로 주입될 수 있다.
파이프라인(12)은 응결을 방지하기 위하여 가열될 수 있다. 공급 라인(12)은 전술한 기상 챔버(4)로부터 나온다. 각각의 기상 챔버(4)는 적어도 하나의 주입 노즐(5)을 가진다. 주입 노즐을 이용하여, 액체가 기상 챔버(4) 내부에 위치한 가열 가스로 분무된다. 그것에 의하여 생산된 연무제 또는 분무제는 그 자신을 가스 형태로 변환하기 위하여 기상 챔버(4)에 위치한 비활성 가스로부터 열 에너지를 흡수한다.
비활성 가스는 유량 조절기(8)를 통하여 기상 챔버(4)로 주입된다. 비활성 가스(7)는 질소, 수소 또는 희가스일 수 있다.
각 주입 노즐(5)은 개별적 액체 또는 액체에 용해된 시작 재료 또는 액체가 화학적으로 반응하는 액체 흐름을 통한, 개별적인 공급 라인을 갖는다. 이러한 액체들의 유량은 유량계(9)에 의하여 측정된다. 유량계(9)의 상류에는 액체들(3)이 위치된 액체 소스들이 배치된다. 액체 저장소의 상류는 압력 제어기(10)가 배치된다. 이러한 압력 제어기(10)는 비활성 가스(11)를 제어한다. 주입 노즐(5)에 의하여, 액체 성분들은 펄스 방식으로 기상 챔버로 분무된다. 펄스 폭은 수 초에서 수 밀리초 사이로 변경될 수 있다. 펄스들 간의 포즈 또한 이와 같은 범위내에서 변경될 수 있다. 따라서, 0.1에서 100 Hz사이의 펄스 주파수가 가능하다.
본 장치는 고도로 구조화된 기판을 코팅하는 역할을 한다. 또한 다수의 기판이 공정 챔버에서 증착될 수 있다. 그 후 그것은 도 1에 도시된 것과 상당히 다르게 형성된다. 특히, 다수의 기판들은 다른 하나의 기판에 어셈블리로 평행하게 증착될 수 있다. 기판은 수평적으로 또는 수직적으로 연장될 수 있다.
도 2는 금속 성분들과 반응성 시작 재료들(3b)로 언급되며, 화학적인 반응성 가스 또는 화학적인 반응성 액체로 언급되는, 선구물질(3a)이 개별 기상 챔버(4)로 주입되는 펄스의 전형적인 편차를 도시한다. 또한 도 2는 비활성 가스인 캐리어 가스(3c)의 시간에 따른 플로우를 도시한다.
제1 펄스 전에 금속 시작 재료(3a)가 기상 챔버(4)로 옮겨진다는 점을 이용하여, 비활성 캐리어 가스(3c)가 기상 챔버(4)로 주입됨을 추정할 수 있다. 금속 시작 재료(3a)가 기상 챔버(4)로 주입되는 펄스 폭의 완료 후에, 제1 포즈가 발생한다. 캐리어 가스 흐름(3a)은 이 경우에 완전한 가스 변화가 포즈 중에, 특히 펄스 중에 기상 챔버(4) 내부에서 발생할 만큼 클 수 있다.
펄스 포즈는 화학적 반응성 액체(3b)의 스프레이-인(spraying-in)로 이어진다. 그러나, 화학적 반응성 액체(3b) 대신 화학적 반응성 가스가 주입되는 것도 가능하다. 대표적인 실시예에서, 화학적 반응성 물질이 기상 챔버로 주입되는 펄스 길이는 금속 물질의 펄스 길이보다 짧다. 펄스 완료 후, 또 한번의 펄스 포즈가 있고, 여기서 캐리어 가스(3c)만이 기상 챔버(4)로 주입된다. 또한, 여기서 펄스 또는 펄스 포즈 중에 기상 챔버(4) 내부에서 완전한 가스 변화가 일어난다.
선구물질(3a) 또는 반응성 물질(3b)은 하나의 동일한 기상 챔버(4)로 주입될 수 있다. 그러나, 이러한 두 물질들(3a, 3b)은 상이한 기상 챔버들(4)로 주입될 수도 있다.
본 발명의 개발에 있어서, 수 초 범위의 펄스들은 초 이하(subsecond) 범위 내에서 다중의 펄스로부터 주파수-조정된다. 여기서, 또한 기상 챔버(4) 내부의 캐리어 가스는 펄스 주입 중에 완전히 포화된다. 또한, 이러한 변형의 경우, 가스 변화는 1초 미만의 시간에서 발생한다.
도 3에 도시된 대표적인 실시예의 경우, 선구물질(3a) 및 반응성 물질(3b)이 기상 챔버로 주입되는 펄스 폭 및 펄스 모양은 도 2에 도시된 바와 같다. 그러나, 도 2의 대표적인 실시예의 경우와 달리, 캐리어 가스 공급은 선구물질 펄스(3a)의 주입 후에 전환(switched off)된다. 그 후 뒤따르는 펄스 포즈에서, 기상 챔버는 배기된다. 배기는 공정 챔버를 통하여 일어날 수 있다. 반사성 물질(3b)의 펄스 시작으로, 캐리어 가스(3c)는 다시 첨가될 수 있다. 그러나, 증발을 위해 요구되는 열이 상기 캐리어 가스로부터 추출될 수 있도록, 반응성 물질(3b)의 주입 전에 기상 챔버(4)에 캐리어 가스들이 몰려드는 것이 바람직하다. 만일, 액체 반응성 물질(3b) 대신 기체 반응성 물질(3b)이 사용된다면, 그것은 배기된 기상 챔버(4)로 주입될 수 있다. 여기서, 반응성 물질(3b)의 첨가가 완료되면, 기상 챔버(4)는 공정 챔버를 통하여 배기된다.
본 방법의 다른 변형에서, 반응성 가스는 공급 라인(16)을 통하여 가스 주입 부재(15)로 직접 주입된다. 비활성 가스(18) 또한 가스 주입 부재(15)로 직접 주입된다. 화학적 반응성 가스(16)의 주입 또한 바람직하게 펄스형 방식으로 이루어 진다.
화학적 반응성 시작 재료들은 산소 또는 N2O, H2O 또는 오존과 같은 산소 화합물일 수 있다. 그러나, 질소 또한 반응성 시작 재료로서 사용될 수 있다. 이것은 N2O 또는 NH3로서 기상 챔버에 들어오는 것이 바람직하다.
금속형 액체 시작 재료들은 금속 Al, Si, Pr, Ge, Ti, Zr, Hf, Y, La, Ce, Nb, Ta, Mo, Bi, Nd, Ba, W 또는 Gd를 포함할 수 있다.
모든 개시된 특징들은 본 발명에 속한다. 또한 관련된/동봉된 앞선 문헌들(선행 기술)의 개시된 내용은, 본 특허의 청구항에서 이러한 문헌들의 통합된 특성들의 목적을 포함하여, 본 특허의 기재에서 전부 구체화된다.

Claims (21)

  1. 공정 챔버에서 적어도 하나의 기판상에 적어도 하나의 층을 증착하는 방법으로서,
    상기 층은 적어도 두 개의 성분을 포함하고, 상기 적어도 두 개의 성분은 액체 형태의 제1 시작 재료 또는 액체에 용해된 제1 시작 재료의 비연속적 주입에 의하여 가열된 캐리어 가스와 같은 캐리어 가스로 증발되는 제1 금속 성분 및 화학적 반응성 시작 재료로서 제공되는 제2 성분을 포함하며,
    상기 시작 재료들은 상기 공정 챔버로 교번식으로 주입되는 것을 특징으로 하는, 공정 챔버에서 적어도 하나의 기판상에 적어도 하나의 층을 증착하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 시작 재료는 화학적 반응성 가스 또는 화학적 반응성 액체인 것을 특징으로 하는, 공정 챔버에서 적어도 하나의 기판상에 적어도 하나의 층을 증착하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 화학적 반응성 액체는 증발되는 것을 특징으로 하는 공정 챔버에서 적어도 하나의 기판상에 적어도 하나의 층을 증착하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 두 개의 시작 재료들(3)이 기상 챔버(4)에 교번식으로 주입되는 것을 특징으로 하는 공정 챔버에서 적어도 하나의 기판상에 적어도 하나의 층을 증착하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    기상 챔버(4)는 각각의 시작 재료(5)와 개별적으로 관련되는 것을 특징으로 하는, 공정 챔버에서 적어도 하나의 기판상에 적어도 하나의 층을 증착하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정 챔버(2) 및 선택적으로 기상 챔버(4)는 각각의 주입 후에 비활성 가스(7)를 이용하여 정화되거나 배기되는 것을 특징으로 하는, 공정 챔버에서 적어도 하나의 기판상에 적어도 하나의 층을 증착하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기상 챔버(4)에서 상기 캐리어 가스(7)는 상기 시작 재료의 주입의 결과로 상기 시작 재료로 포화되는 것을 특징으로 하는, 공정 챔버에서 적어도 하나의 기판상에 적어도 하나의 층을 증착하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 주입 펄스를 이용하여 상기 기상 챔버(4)로 들어오는 다량의 가스는 가스 승인 압력(gas admission pressure), 펄스 길이, 펄스 포즈(pulse pause) 또는 유량에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는, 공정 챔버에서 적어도 하나의 기판상에 적어도 하나의 층을 증착하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 비활성 캐리어 가스(10)가 상기 공정 챔버(2)로 직접 주입되는 것을 특징으로 하는, 공정 챔버에서 적어도 하나의 기판상에 적어도 하나의 층을 증착하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    기체 형태의 상기 화학적 반응성 시작 재료가 가스(18)로서 상기 공정 챔버에 직접적으로 주입되는 것을 특징으로 하는, 공정 챔버에서 적어도 하나의 기판상에 적어도 하나의 층을 증착하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화학적 반응성 시작 재료는 산소 화합물 또는 질소 화합물인 것을 특징으로 하는, 공정 챔버에서 적어도 하나의 기판상에 적어도 하나의 층을 증착하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화학적 반응성 시작 재료는 O2, O3, N2O, H2O 또는 NH3인 것을 특징으로 하는, 공정 챔버에서 적어도 하나의 기판상에 적어도 하나의 층을 증착하는 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정 챔버는 활발히 가열되고, 상기 공정 챔버의 압력은 100mbar, 50mbar, 20mbar 또는 10mbar 이하인 것을 특징으로 하는, 공정 챔버에서 적어도 하나의 기판상에 적어도 하나의 층을 증착하는 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 시작 재료들 또는 상기 고체 재료들 또는 액체에 용해된 액체는 Al, Si, Pr, Ge, Ti, Zr, Hf, Y, La, Ce, Nb, Ta, Mo, Bi, Nd, Ba, W 또는 Gd의 금속들 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 공정 챔버에서 적어도 하나의 기판상에 적어도 하나의 층을 증착하는 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 층들은 3차원적으로 구조화된 구조물들과 같이 고도로 구조화된 구조물들상에 컨포멀하게 증착되는 것을 특징으로 하는, 공정 챔버에서 적어도 하나의 기판상에 적어도 하나의 층을 증착하는 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증착된 층들은 절연성, 패시베이션화, 또는 전기적으로 전도성인 것을 특징으로 하는, 공정 챔버에서 적어도 하나의 기판상에 적어도 하나의 층을 증착하는 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 층들은 금속 산화물들, 금속 질화물들 또는 금속들로 구성되는 것을 특징으로 하는, 공정 챔버에서 적어도 하나의 기판상에 적어도 하나의 층을 증착하는 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    밸브에 의해 폐쇄될 수 있는 주입 노즐들은 나노적층, 하이퍼구조물들, 핵형성 층들, 혼합된 산화물들 및 그래디언트형(gradient) 층들이 생성되는 방식으로 설정되는 것을 특징으로 하는, 공정 챔버에서 적어도 하나의 기판상에 적어도 하나의 층을 증착하는 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    다수의 병렬 및/또는 고도로 구조화된 기판들은 회전적으로 구동되는 적어도 하나의 기판 홀더상에 나란히 증착되는 것을 특징으로 하는, 공정 챔버에서 적어도 하나의 기판상에 적어도 하나의 층을 증착하는 방법.
  20. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    다수의 평면형 및/또는 고도로 구조화된 기판들은 한 기판이 다른 기판에 수직으로 배향되게, 및/또는 수평으로 나란히 배향되게, 및/또는 수직 및 수평 간에 각지게 배향되게 공정 챔버에 배치되는 것을 특징으로 하는, 공정 챔버에서 적어도 하나의 기판상에 적어도 하나의 층을 증착하는 방법.
  21. 제 1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하는 장치로서,
    그 상류에 하나 이상의 기상 챔버들(4)과 접촉되는 가스 주입 부재(gas inlet member)(15)를 갖는 공정 챔버(2)를 포함하며,
    기상 챔버들(4) 각각은 비연속적으로 액체(3)를 공급하는 적어도 하나의 주입 유니트(5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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