KR20090085717A - 박막 형성 방법 및 이를 수행하기 위한 박막 형성 장치 - Google Patents
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Abstract
박막 형성 방법은 반응 챔버의 발열부를 설정된 온도로 가열함과 동시에 제1 가스를 주입한다. 반응 챔버 내에 안착된 피처리 기판의 온도가 안정화 상태인지를 검출하여 상기 피처리 기판의 온도가 안정된 상태이면 반응 챔버에 제2 가스를 주입한다. 이 후, 제1 가스 및 제2 가스는 발열부에 의해 분해 및 활성화되어 피처리 기판 상에 박막을 형성한다. 이에 따라, 피처리 기판의 온도가 상승되는 것을 억제할 수 있다.
발열부, 박막 형성, 기판 온도 상승
Description
본 발명은 박막 형성 방법 및 이를 수행하기 위한 박막 형성 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 온도의 상승을 억제하기 위한 박막 형성 방법 및 이를 수행하기 위한 박막 형성 장치에 관한 것이다.
대규모 집적 회로(Large Scale Integrated circuit : LSI )를 비롯한 각종 반도체 디바이스나 LCD(Liquid Crystal Display) 등의 제작에 있어서는 기판 상에 소정의 박막을 제작하는 프로세스의 하나로서 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition: CVD)법이 널리 사용된다.
상기 CVD 법에는 방전 플라즈마 중에서 원료가스를 분해 및/또는 활성화시켜 막을 형성하는 PECVD법이나, 기판을 가열하여 그 열에 의해 화학반응을 일으켜서 박막을 형성하는 열 CVD법 등 외에, 소정의 고온으로 유지한 발열체에 의해 원료가스를 분해 및/또는 활성화시켜 막을 형성하는 발열체 CVD법이 있다.
상기 발열체 CVD법을 수행하는 막 형성 장치는 진공배기 가능한 처리실내에 기판을 배치하고, 처리실내에 설치된 텅스텐 등의 고융점 금속으로 이루어진 발열 체를 1000 ~ 1800℃ 정도의 온도로 유지하면서 원료가스를 도입하도록 구성되어 있다. 도입된 원료가스는 발열체의 표면을 통과할 때에 분해나 활성화되며, 이들이 기판에 도달함으로써 최종적인 목적물인 재로의 막이 기판의 표면에 퇴적된다. 그리고, 이와 같은 발열체 CVD법 중 와이어 형상의 발열체를 사용하는 것에 대해서는 핫 와이어(Hot-Wire) CVD법이라 불리고, 또한 발열체에 의한 원료가스의 분해 혹은 활성화에 있어서 발열체의 촉매반응을 이용하고 있다고 생각되는 것에 대해서는 촉매(Catalytic) CVD법이라 불린다.
상기 발열체 CVD법은 상기 PECVD법에 비해 증착 속도, 박막의 낮은 수소함량 및 박막의 높은 결정화율 등의 장점이 있다. 그러나, 고온으로 동작되는 발열체의 복사열에 의해 기판온도가 200℃ 이상으로 상승한다.
최근 유리 기판의 제조 원가를 절감하기 위해 사용되는 SLG(Soda Lime Glass)로 대체하려는 연구들이 진행되고 있다. 상기 SLG의 경우 열팽창 계수가 크고 알카리 성분 원소를 포함하고 있어 200℃ 이상의 온도에서는 기판의 변형 및 알카리 원소의 확산에 의해 공정 진행이 어려운 문제점이 있다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명의 목적은 기판온도의 상승을 억제하기 위한 박막 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 박막 형성 방법을 수행하기 위한 박막 형성 장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 실시예에 따른 박막 형성 방법은 반응 챔버의 발열부를 설정된 온도로 가열함과 동시에 제1 가스를 주입하는 단계와, 상기 반응 챔버 내에 안착된 피처리 기판의 온도가 안정화 상태인지를 확인하는 단계와, 상기 피처리 기판의 온도가 안정된 상태이면, 상기 반응 챔버에 제2 가스를 주입하는 단계 및 상기 제1 가스 및 제2 가스는 상기 발열부에 의해 분해 및 활성화되어 상기 피처리 기판 상에 박막을 형성하는 단계를 포함한다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 실시예에 따른 박막 형성 장치는 반응 챔버, 에너지 공급부 및 가스 공급부를 포함한다. 상기 반응 챔버는 가스를 분해 및 활성화시켜 피처리 기판 상에 박막을 형성하는 발열부를 포함한다. 상기 에너지 공급부는 상기 발열부에 전원을 공급하여 상기 발열부를 설정된 온도로 발열시킨다. 상기 가스 공급부는 상기 발열부에 발열되는 동안 상기 반응 챔버에 제1 가스를 주입하고, 상기 피처리 기판의 온도가 안정한 상태가 되면 상기 제2 가스를 상기 반응 챔버에 주입한다.
이러한 박막 형성 방법 및 이를 수행하기 위한 박막 형성 장치에 의하면, 피처리 기판의 온도를 200℃ 이하로 유지시킴으로써 열팽창 계수가 높거나 또는 융점이 매우 낮은 피처리 기판 상에 박막 형성을 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 박막 형성 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 박막 형성 장치는 반응 챔버(110), 에너지 공급부(120), 가스 공급부(130), 진공 펌핑부(140) 및 처리 제어부(200)를 포함한다.
상기 반응 챔버(110)는 발열부(112), 기판 안착부(114), 기판온도 센싱부(116) 및 냉각 처리부(117)를 포함한다. 상기 발열부(12)는 텅스텐 등의 고융점의 금속으로 이루어진 와이어 또는 필라멘트 형태의 발열체를 포함한다. 상기 기판 안착부(114)는 박막이 형성되는 피처리 기판(300)이 안착된다. 상기 기판 온도 센싱부(116)는 처리 공정 중 상기 피처리 기판(300)의 온도를 센싱한다.
상기 냉각 처리부(117)는 상기 반응 챔버(110)의 온도를 낮추기 위해 냉각수가 흐르는 복수의 냉각 라인들(117a, 117b, 117c)을 포함한다. 제1 냉각 라인(117a)은 상기 반응 챔버(110)의 상부, 즉 상기 발열부(112)가 설치된 부분에 배치되고, 제2 냉각 라인(117b)은 상기 반응 챔버(110)의 측벽에 배치되고, 제3 냉각 라인(117c)은 상기 기판 안착부(114) 내에 배치된다. 상기 제3 냉각 라인(117c)에 흐르는 냉각수는 상기 제1 및 제2 냉각 라인들(117a, 117b)에 흐르는 냉각수와 다른 경로로 주입되거나, 동일한 경로를 통해 주입될 수 있다.
상기 에너지 공급부(120)는 통상 직류전원 또는 교류전원이 사용된다. 상기 에너지 공급부(120)는 상기 발열부(112)에 전원전류를 공급하여 상기 발열부(112)를 설정된 온도로 발열시킨다. 예컨대, 상기 발열부(112)는 박막 형성시 원료가스를 분해 및/또는 활성화시키기 위해 고온, 1600℃ ~ 2400℃ 로 발열된다.
상기 가스 공급부(130)는 상기 반응 챔버(110)에 박막 형성을 위한 가스를 공급한다. 상기 가스 공급부(130)는 제2 가스를 공급하는 제2 공급부(134) 및 상기 제1 가스를 공급하는 제1 공급부(139)를 포함한다. 상기 제2 공급부(134)는 상기 제2 가스가 채워진 제1 공급기(131) 및 상기 제2 가스의 공급을 제어하는 제1 밸브(133)를 포함하고, 상기 제1 공급부(139)는 상기 제1 가스가 채워진 제2 공급기(136) 및 상기 제1 가스의 공급을 제어하는 제2 밸브(138)를 포함한다. 상기 제1 및 제2 가스는 단일 가스 또는 혼합 가스이다.
상기 진공 펌핑부(140)는 상기 반응 챔버(110)를 진공 상태로 형성하기 위해 상기 반응 챔버(110) 내를 소정의 압력까지 진공 배기한다.
상기 처리 제어부(200)는 상기 박막 형성 장치의 전반적인 동작을 제어한다.
예를 들면, 상기 에너지 공급부(120) 및 가스 공급부(130)를 제어하여 상기 반응 챔버(110) 내에 안착된 피처리 기판(300)에 박막을 형성한다. 상기 에너지 공급부(120)를 제어하여 상기 발열부(112)를 설정된 온도로 상승시키는 동안, 상기 가스 공급부(130)를 제어하여 상기 제1 가스를 상기 반응 챔버(110)에 동시에 주입시킨다.
일정 시간 후, 상기 처리 제어부(200)는 상기 기판 온도 센싱부(116)를 통해 센싱된 상기 피처리 기판(300)의 온도가 안정한 상태가 되면, 상기 가스 공급부(130)를 제어하여 상기 반응 챔버(110) 내에 상기 제2 가스를 주입한다. 상기 제1 가스와 제2 가스의 시간차를 가지고 공급함으로써 상기 피처리 기판(300)이 상기 발열부(112)의 복사열에 의해 온도가 올라가는 것을 억제할 수 있다.
도 2는 도 1의 박막 형성 장치에 의해 박막 형성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하에서는 실리콘 박막을 형성하는 공정을 예로 하여 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 진공 펌핑부(140)를 통해 상기 반응 챔버(110) 내를 진공 상태를 만든다(S101).
상기 에너지 공급부(120)인 직류전원 또는 교류전원으로부터 상기 반응 챔버(110) 내에 배치된 발열부(110)에 전류를 공급한다. 이 때, 상기 가스 공급부(130)는 제1 가스를 상기 반응 챔버(110)에 공급한다(S103). 상기 제1 가스는 소스 가스인 H2 또는 NH3 가스를 포함한다. 상기 발열부(110)의 온도가 1800℃ ~ 2000℃ 가 되도록 상기 에너지 공급부(120)는 상기 발열부(110)에 전원전류를 제공한다.
상기 제1 가스는 박막의 종류에 따라서 캐리어 가스가 필요한 경우에는 캐리어 가스를 사용하고, 캐리어 가스가 필요하지 않은 경우에는 소스 가스 중 다음의 조건을 만족하는 가스이다.
예를 들면, 첫째, 전체 소스 가스 중 가장 많은 양을 차지하는 가스, 나중에 다른 가스들을 추가하더라도 압력이 급격하게 변화되지 않는 상대적으로 메이저 포션(major portion)을 차지하는 가스이다. 둘째, 기판 위에서 분해 및 재결합에 의 해 고체 상태의 물질을 형성하지 않는 가스이다. 셋째, 다른 소스 가스들이 주입되어 실제로 박막 형성이 시작될 때 가스 유량을 조절할 필요가 없는 가스이다.
상기 처리 제어부(200)는 상기 기판 온도 센싱부(116)로부터 제공된 상기 반응 챔버(110) 내의 상기 피처리 기판(300)의 온도가 일정한 온도를 유지하는 안정화 상태가 되면(S105), 상기 가스 공급부(130)를 제어하여 상기 반응 챔버(110)에 제2 가스를 주입한다(S107). 상기 제2 가스는 박막을 형성을 위한 소스 가스로서, SiH4, CH4 등이다.
예를 들면, 상기 피처리 기판(300)의 온도는 약 150℃ ~ 200℃에서 안정적으로 유지되고, 이때 제2 가스(SiH4)가 주입된다. 여기서는 상기 피처리 기판(300)의 안정화 온도의 하한치를 약 150℃로 설명하였으나, 상온(room temperature) 또는 약 25℃ 로 될 수 있다.
상기 반응 챔버(110) 내에는 제1 가스(H2)와 제2 가스(SiH4)가 주입되고, 상기 제1 가스(H2) 및 제2 가스(SiH4)는 고온으로 가열된 상기 발열부(112)에 분해 및 활성화되어 상기 피처리 기판(300) 상에 실리콘 박막을 형성한다(S109).
상기 실리콘 박막을 형성하기 위한 제1 가스(H2)와 제2 가스(SiH4)의 희석비는 H2 : SiH4 = 9 : 1 이상을 가지므로 제1 가스(H2)를 먼저 주입한 후, 기판 온도가 충분히 안정화된 후 제2 가스(SiH4)를 시간차를 두고 주입하더라도 상기 반응 챔버(110)의 압력은 크게 변화하지 않는다. 또한, 상기 실리콘 박막이 형성되는 동안 상기 피처리 기판(300)의 온도는 크게 변화하지 않고 약 150℃ ~ 200℃에서 유지된다.
상기 피처리 기판(300)의 온도가 200℃ 이상으로 올라가는 것을 막을 수 있다. 따라서 SLG(Soda Lime Glass)와 같이 열팽창 계수가 크고 알카리 성분 원소를 포함하고 있는 피처리 기판에 박막을 형성할 경우 피처리 기판의 온도가 200℃ 이상으로 올라가지 않으므로 피처리 기판의 변형 및 알카리 원소의 확산 등에 의한 공정상의 문제점을 해결할 수 있다.
도 3은 기판의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 제1 그래프(C1)는 반응 챔버(110)에 반응 가스(H2, SiH4)가 주입되지 않은 진공 상태에서의 상기 피처리 기판(300)의 온도를 나타낸 그래프이다. 제2 그래프(C2)는 반응 챔버(110)에 반응 가스, 즉 제1 가스(H2)와, 제2 가스(SiH4)가 동시에 주입된 상태에서 상기 피처리 기판(300)의 온도를 나타낸 그래프이다.
상기 제2 그래프(C2)와 같이, 상기 반응 챔버(110)에 제1 가스(H2)와 제2 가스(SiH4)가 동시에 주입되는 경우 상기 피처리 기판(300)의 온도는 200℃ 이상으로 증가하는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 박막 형성시 기판 온도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 반응 챔버(110) 내의 발열부(112)를 약 2000℃ 로 가열함과 동시에 제1 가스(H2)를 반응 챔버(110)에 주입한다. 도시된 바와 같이, 상기 피처리 기판(300)의 온도는 점진적으로 증가하였다. 약 180 ℃ 정도에서 상기 피처리 기판(300)의 온도는 충분히 안정화된 상태가 되었다. 이 때, 제2 가 스(SiH4)를 반응 챔버(110)에 주입하였다. 이후, 상기 피처리 기판(300)에는 박막이 형성되었고, 기판 온도는 약 180℃ 이하로, 더 이상 올라가지 않았다.
따라서, 반응 챔버(110)에 주입되는 반응 가스 중 제1 가스(H2)를 먼저 주입하여 피처리 기판(300)의 온도를 충분히 안정화시킨 후 제2 가스(SiH4)를 주입하면, 상기 피처리 기판(300)의 온도를 200℃ 이하의 상태에서 실리콘 박막을 형성할 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 고온의 발열체를 통해 반응 가스를 분해 및 활성화시켜 박막을 형성하는 박막 형성 방법에서, 피처리 기판의 온도을 200℃ 이하로 유지시킴으로써 열팽창 계수가 높은 피처리 기판 상에 박막 형성을 용이하게 할 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 박막 형성 장치의 블록도이다
도 2는 도 1의 박막 형성 장치에 의해 기판 온도가 제어되는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 막 형성시 기판 온도의 변화를 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : 반응 챔버 112 : 발열부
114 : 기판 안착부 116 : 기판온도 센싱부
117 : 냉각 처리부 120 : 에너지 공급부
130 : 가스 공급부 140 : 진공 펌핑부
200 : 처리 제어부
Claims (7)
- 반응 챔버의 발열부를 설정된 온도로 가열함과 동시에 제1 가스를 주입하는 단계;상기 반응 챔버 내에 안착된 피처리 기판의 온도가 안정화 상태인지를 검출하는 단계;상기 피처리 기판의 온도가 안정된 상태이면, 상기 반응 챔버에 제2 가스를 주입하는 단계; 및상기 제1 가스 및 제2 가스는 상기 발열부에 의해 분해 및 활성화되어 상기 피처리 기판 상에 박막을 형성하는 단계를 포함하는 박막 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 피처리 기판의 안정화된 온도는 150℃ 내지 200℃ 인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 가스는 캐리어 가스 또는 소스 가스인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
- 가스를 분해 및 활성화시켜 피처리 기판 상에 박막을 형성하는 발열부를 포함하는 반응 챔버;상기 발열부에 전원을 공급하여 상기 발열부를 설정된 온도로 발열시키는 에너지 공급부; 및상기 발열부에 발열되는 동안 상기 반응 챔버에 제1 가스를 주입하고, 상기 피처리 기판의 온도가 안정한 상태가 되면 상기 제2 가스를 상기 반응 챔버에 주입하는 가스 공급부를 포함하는 박막 형성 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 반응 챔버는 상기 반응 챔버의 온도를 제어하기 위한 냉각 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 피처리 기판의 안정화된 온도는 150℃ 내지 200℃ 인 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 제1 가스는 캐리어 가스 또는 소스 가스인 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
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| KR1020080011449A KR20090085717A (ko) | 2008-02-05 | 2008-02-05 | 박막 형성 방법 및 이를 수행하기 위한 박막 형성 장치 |
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2008
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