KR20110011011A - 유기금속 화학 기상 증착 장치 및 방법 - Google Patents

유기금속 화학 기상 증착 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

유기 금속 화학 기상 증착 장치 및 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 유기 금속 화학 기상 증착 장치는 유기 금속 화학 기상 증착(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 공정이 수행되는 공간을 제공하는 공정 챔버, 공정 챔버 내에서 기판을 지지하는 서셉터, 공정 챔버 내에 기판을 향하여 유기 금속 소스 가스를 분사하는 제 1 분사부, 공정 챔버 내에 기판을 향하여 원격 플라즈마 반응 가스를 분사하는 제 2 분사부 및 상기 제 1 분사부를 통해 공정 챔버 내에 유기 금속 소스 가스를 선 공급하고, 퍼지(purge) 공정 후, 제 2 분사부를 통해 상기 원격 플라즈마 반응 가스를 후 공급하도록 제어하는 방법으로 기판에 박막을 성장시키는 제어부를 포함한다.
원격 플라즈마, MOCVD, 기판

Description

유기금속 화학 기상 증착 장치 및 방법{Method and apparatus for}
본 발명은 유기 금속 화학 기상 증착 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ALD(atomic layer deposition) 방식을 이용하여 저온에서의 공정이 가능하고 증착막의 특성을 향상시키는 유기 금속 화학 기상 증착 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 반도체 기판에 박막을 형성할 수 있는 확산(deposition) 공정, 마스크(mask) 또는 레티클(reticle)의 패턴을 이용하여 반도체 기판 상의 박막 표면에 패턴을 형성하는 사진(photo lithography) 공정, 박막 표면의 패턴을 따라 반응 가스 또는 화학 용액을 이용하여 박막을 선택적으로 제거하는 식각(etch) 공정 등을 반복적으로 수행하여 제조된다.
예를 들어, 반도체 공정에는 소정의 기판 표면에 절연막, 금속막, 유기막 등의 박막을 형성시키는 방법으로 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD)이라는 방법이 있다. 이러한 화학 기상 증착은 반응성 가스를 진공 챔버 내에 주입하여 적당한 활성 및 열 에너지를 기하여 화학 반응을 유도함으로써 기판 표면에 원하는 박막을 증착시키는 기법이다.
화학 기상 증착은 증착 환경 및 추가 주입 소스에 따라 다양한 종류의 응용 증착 기술이 개발되고 있다.
그 중에서, 유기 금속 증기를 열 분해 시켜 기판 상에 금속 화합물로 퇴적 증착시키는 유기금속 화학 기상 증착(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 장치가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 목적은 유기 금속 화학 기상 증착(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 장치에 있어서 낮은 온도에서 공정이 이루어지고 증착막의 두께를 미세하게 조절할 있도록 하는 유기 금속 화학 기상 증착 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 목적은 유기 금속 화학 기상 증착 장치를 이용하여 낮은 온도에서 공정이 이루어지고 증착막의 두께를 미세하게 조절할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 유기 금속 화학 기상 증착 장치는 유기 금속 화학 기상 증착(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 공정이 수행되는 공간을 제공하는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내에서 기판을 지지하는 서셉터; 상기 공정 챔버 내에 상기 기판을 향하여 유기 금속 소스 가스를 분사하는 제 1 분사부; 상기 공정 챔버 내에 상기 기판을 향하여 원격 플라즈마 반응 가스를 분사하는 제 2 분사부; 및 상기 제 1 분사부를 통해 공정 챔버 내에 상기 유기 금속 소스 가스를 선 공급하고, 퍼지(purge) 공정 후, 상기 제 2 분사부를 통해 상기 원격 플라즈마 반응 가스를 후 공급하도록 제어하는 방법으로 상기 기판에 박막을 성장시키는 제어부를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 유기 금속 화학 기상 증착 방법은 유기 금속 화학 기상 증착(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 공정이 수행되는 공정 챔버 내부에 유기 금속 소스 가스를 분사하는 단계; 퍼지(purge) 및 펌핑(pumping) 공정을 수행하는 단계; 및 상기 공정 챔버 내부에 원격 플라즈마 반응 가스를 분사하여 상기 기판에 박막을 성장시키는 단계를 반복한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 유기 금속 화학 기상 증착 장치 및 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 600°C 내외의 낮은 온도에서 증착 공정이 이루어진다는 장점이 있다.
둘째, 낮은 온도에서 공정이 이루어지므로 공정 시간을 줄일 수 있다는 장점도 있다.
셋째, 원자층 형태로 증착막을 성장시키기 때문에 증착막의 두께를 미세하게 조절할 수 있다는 장점도 있다.
실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발 명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 유기 금속 화학 기상 증착 장치 및 방법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 금속 화학 기상 증착 장치의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 금속 화학 기상 증착 장치는 공정 챔버(100), 서셉터(110), 제 1 분사부(130), 제 2 분사부(140), 및 제어부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
공정 챔버(100)는 유기 금속 화학 기상 증착(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 화학 기상 증착(CVD; Chemical Vapor Deposition) 공정은 소정의 기판(S) 표면에 증착 물질을 증발시켜 절연막, 금속막, 유기막 등의 박막을 증착시키는 공정을 일컫는 것으로, 반도체 제조 공정에 있어서 널리 사용되고 있는 기술이다. 본 발명은 특히 소스 가스로서 유기 금속 가스를 열반응시켜 기판(S) 상에 금속 화합물로 증착시키는 유기 금속 화학 기상 증착 공정을 수행하는 장치와 관련된다.
서셉터(110)는 기판(S)이 안착되는 공간을 제공한다. 예를 들어, 서셉 터(110)에는 복수의 기판(S)이 안착될 수가 있다. 예를 들어 원형의 서셉터(110)에 가장 자리 둘레를 따라 복수의 기판(S)이 안착되도록 할 수 있다. 서셉터(110)는 서셉터(110)를 지지하는 서셉터 지지부(115)와 일체로 형성될 수 있다. 서셉터(110)는 서셉터 지지부(115)의 상하 이동에 의하여 상하로 이동될 수 있다. 또한, 서셉터 지지부(115)는 동력을 전달 받아 회전할 수가 있으며, 따라서 서셉터(110)에 안착된 기판(S)은 회전할 수가 있다. 서셉터 지지부(115)는 서셉터 지지부(115)를 상하로 이동시키거나 회전시키는 구동부(120)가 연결되어 있다.
제 1 분사부(130)는 공정 챔버(100) 내에 서셉터(110)에 안착된 기판(S)을 향하여 유기 금속 소스 가스를 분사한다. 제 1 분사부(130)는 유기 금속 소스 가스를 공급하는 유기 금속 소스 가스 탱크(135)와 배관을 통해 연결되어 있다. 유기 금속 소스 가스의 일 예로 TGMA를 사용한다. 제 1 분사부(130)는 샤워 헤드의 형태로 유기 금속 소스 가스 탱크(135)로부터 공급 받은 가스를 기판(S)을 향하여 분사시킨다.
제 2 분사부(140)는 공정 챔버(100) 내에 서셉터(110)에 안착된 기판(S)을 향하여 원격 플라즈마 반응 가스를 분사한다. 제 2 분사부(140)는 원격 플라즈마 반응 가스를 공급하는 원격 플라즈마 반응 가스 탱크(145)와 연결되어 있다. 공정 챔버(100) 내에서 플라즈마를 발생시키는 것은 기판(S)에 손상을 일으킬 수 있기 때문에, 외부로부터 미리 발생시켜 제공함으로써 기판(S)의 손상을 최소로 할 수가 있다. 이와 함께, 원격 플라즈마 반응 가스 탱크(145)로부터 제공되는 활성 라디컬에 의해 서셉터(110)에 안착된 기판(S)의 유기 금속 화학 기상 증착에 있어서의 증 착의 효율성을 향상시킬 수가 있다.
원격 플라즈마 반응 가스로 플라즈마 상태의 질소(N2)를 이용할 수가 있다. 따라서, 유기 금속 소스 가스로 TGMA을 분사하고, 원격 플라즈마 반응 가스로 질소를 분사할 경우 화학 반응에 의해 GaN이 기판(S)에 증착될 수가 있다. 제 2 분사부(140)도 제 1 분사부(130)와 마찬가지로 샤워 헤드 형태로 원격 플라즈마 반응 가스 탱크(145)로부터 공급받은 플라즈마 가스를 기판(S)을 향하여 분사시킨다.
가열부(160)는 서셉터(110) 하단에 위치하여 서셉터(110)를 공정 온도로 가열시킨다. 가열부(160)는 서셉터(110) 하단에 동심원 상으로 형성된 복수의 유도 코일로 형성될 수가 있다. 복수의 유도 코일에 각각 주파수가 다른 고주파 전원을 인가하여 서셉터(110)를 가열시킬 수가 있다.
제어부(150)는 제 1 분사부(130)를 통해 분사되는 유기 금속 소스 가스와 제 2 분사부(140)를 통해 분사되는 원격 플라즈마 반응 가스의 공급을 제어한다.
먼저, 제어부(150)는 제 1 분사판(130)을 통해 공정 챔버(100) 내에 유기 금속 소스 가스를 분사한다. 이때, 공급된 유기 금속 소스 가스는 기판(S) 상에 흡착하게 된다. 다음, 퍼지(purge) 및 펌핑(pumping) 공정을 하여 유기 금속 소스 가스의 흡착력을 더욱 강화시키고 불필요한 물질은 기판(S)으로부터 떨어져 나가게 된다. 이후, 제어부(150)는 제 2 분사판(140)을 통해 공정 챔버(100) 내에 원격 플라즈마 반응 가스를 분사한다. 이때, 기판(S)에 흡착되어 있는 유기 금속 소스 가스 물질과 원격 플라즈마 반응 가스가 서로 반응을 하면서 기판(S)에 원자층 형태의 성막을 성장시킬 수가 있다. 이때, 증착막의 두께는 아주 미세하여 도 2와 같이 유 기 금속 소스 가스(TMGA)의 분사와 퍼지 및 펌핑 공정을 반복하면서 증착막의 두께를 조절할 수가 있다. 참고로, 도 2에서 TMGA ON 상태는 TMGA 가스가 공급되는 상태, TMGA OFF 상태는 TMGA 가스가 공급되지 않는 상태, PURGE AND PUMP ON 상태는 퍼지 및 펌핑 공정이 진행되는 단계를 의미한다. 도면에서 도시되어 있지 않지만 PURG AND PUMP ON 공정이 이루어질 때 원격 플라즈마 반응 가스가 공정 챔버(100) 내부로 분사될 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명은 ALD(Atomic Layer Deposition) 방법을 적용함으로써, 원자층 단위로 박막을 성장시키며 반복 싸이클 수에 따라 증착되는 박막의 두께가 결정되기 때문에 박막의 두께 조절이 용이하다. 또한, 전술한 공정에 따라 진행할 경우 500°C~680°C의 낮은 온도에서도 증착이 이루어지기 때문에 증착 온도를 낮출 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 금속 화학 기상 증착 방법을 도시한 순서도이다.
먼저, 제어부(150)는 제 1 분사부(130)를 통해 공정 챔버(100) 내부에 유기 금속 소스 가스를 분사한다. 유기 금속 소스 가스로 TMGa 가스를 사용할 수 있다(S210).
다음, 퍼지(purge) 및 펌핑(pumping) 공정을 통해 공정 챔버(100) 내부에 공급된 유기 금속 소스 가스가 기판(S)에 흡착되도록 한다(S220).
다음, 제어부(150)는 제 2 분사부(140)를 통해 공정 챔버(100) 내부에 원격 플라즈마 반응 가스를 분사하여 기판(S)에 흡착된 유기 금속 소스 가스와 반응하여 원자층 형태의 성막을 성작시킨다(S230). 이때, 원격 플라즈마 반응 가스로 플라즈마 상태의 질소(N2)를 사용할 수 있다.
전술한 단계(S210, S220, S230)를 반복함으로써 성막의 두께를 조절할 수가 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 금속 화학 기상 증착 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 금속 화학 기상 증착 방법을 도시한 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 공정 챔버
110: 서셉터
120: 구동부
130: 제 1 분사부
140; 제 2 분사부
150: 제어부
160: 가열부

Claims (5)

  1. 유기 금속 화학 기상 증착(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 공정이 수행되는 공간을 제공하는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에서 기판을 지지하는 서셉터;
    상기 공정 챔버 내에 상기 기판을 향하여 유기 금속 소스 가스를 분사하는 제 1 분사부;
    상기 공정 챔버 내에 상기 기판을 향하여 원격 플라즈마 반응 가스를 분사하는 제 2 분사부; 및
    상기 제 1 분사부를 통해 공정 챔버 내에 상기 유기 금속 소스 가스를 선 공급하고, 퍼지(purge) 공정 후, 상기 제 2 분사부를 통해 상기 원격 플라즈마 반응 가스를 후 공급하도록 제어하는 방법으로 상기 기판에 박막을 성장시키는 제어부를 포함하는 유기 금속 화학 기상 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 금속 소스 가스는 TGMA 가스인 유기 금속 화학 기상 증착 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 원격 플라즈마 반응 가스는 질소 플라즈마 가스인 유기 금속 화학 기상 증착 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막이 성장되는 공정 온도는 500~680°C인 유기 금속 화학 기상 증착 장치.
  5. 유기 금속 화학 기상 증착(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 공정이 수행되는 공정 챔버 내부에 유기 금속 소스 가스를 분사하는 단계;
    퍼지(purge) 및 펌핑(pumping) 공정을 수행하는 단계; 및
    상기 공정 챔버 내부에 원격 플라즈마 반응 가스를 분사하여 상기 기판에 박막을 성장시키는 단계를 반복하는 유기 금속 화학 기상 증착 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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