KR20110054829A - Thin film deposition apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기판상에 소스 가스와 반응 가스를 분사하여 박막을 증착시키는 박막증착장치에 관한 것이다. The present invention relates to a thin film deposition apparatus for depositing a thin film by injecting a source gas and a reaction gas on a substrate.
반도체 제조공정에는 웨이퍼 또는 기판에 박막을 증착하기 위한 증착 공정이 포함되어 있으며, 이 증착 공정을 수행하는 장치로 원자층 증착 장치와 화학적 기상 증착 장치가 있다.The semiconductor manufacturing process includes a deposition process for depositing a thin film on a wafer or a substrate, and an apparatus for performing the deposition process includes an atomic layer deposition apparatus and a chemical vapor deposition apparatus.
원자층 증착 장치는 기판(웨이퍼) 상에 소스 가스, 퍼지 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스를 순차적으로 분사함으로써 박막을 증착하는 장치이다. 이러한, 원자층 증착 장치는, 기판상에 박막을 균일하게 증착할 수 있다는 장점이 있으나, 박막 증착 속도가 비교적 낮다.An atomic layer deposition apparatus is a device for depositing a thin film by sequentially spraying a source gas, purge gas, a reaction gas and a purge gas on a substrate (wafer). Such an atomic layer deposition apparatus has the advantage of uniformly depositing a thin film on a substrate, but the film deposition rate is relatively low.
그리고, 화학적 기상 증착 장치는 소스 가스와 반응 가스를 기판상에 함께 분사하여, 두 소스 가스가 반응하면서 기판에 증착되는 장치이다. 이러한 화학적 기상 증착 장치는, 원자층 증착 장치에 비하여 박막 증착 속도는 높으나, 증착되는 박막의 균일성이 비교적 낮다.The chemical vapor deposition apparatus is a device in which a source gas and a reactive gas are sprayed together on a substrate so that the two source gases react and are deposited on the substrate. Such a chemical vapor deposition apparatus has a higher film deposition rate than an atomic layer deposition apparatus, but the uniformity of the deposited thin film is relatively low.
하지만, 종래의 원자층 증착 장치(revovolve type)의 샤워헤드는 복수의 단 일 샤워헤드로 구성되어 있으므로, 화학적 기상 증착법을 구현할 수 없다. 반대로, 종래의 화학적 기상 증착 장치의 샤워헤드는 하나의 이중 샤워헤드로 구성되어 있으므로, 원자층 증착법을 구현할 수 없다. 즉, 종래의 증착장치는 하나의 증착법만을 구현할 수 있으며, 따라서 화학적 기상 증착법과 원자층 증착법을 모두 다 사용하기 위해서는 두 개의 장치를 개별적으로 제작하여야 하는 문제점이 있다. However, since the showerhead of the conventional atomic layer deposition apparatus (revovolve type) is composed of a plurality of single showerhead, it is not possible to implement a chemical vapor deposition method. On the contrary, since the showerhead of the conventional chemical vapor deposition apparatus is composed of one double showerhead, atomic layer deposition cannot be implemented. That is, the conventional deposition apparatus can implement only one deposition method, and therefore, there is a problem in that two apparatuses must be manufactured separately in order to use both the chemical vapor deposition method and the atomic layer deposition method.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 원자층 증착법 및 화학적 기상 증착법을 모두 구현할 수 있는 박막증착장치를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a thin film deposition apparatus that can implement both the atomic layer deposition method and chemical vapor deposition method.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막증착장치는 기판에 대한 증착 공정이 행해지는 공간부가 형성되어 있는 챔버와, 상기 챔버의 공간부에 회전 가능하게 설치되며, 복수의 기판이 안착되는 서셉터와, 서로 다른 N가지 종류의 가스가 각각 공급되는 N개의 가스공급관과 각각 연결되며, 상기 각 가스공급관으로 공급되는 가스의 공급 및 차단을 제어하는 하는 N개의 밸브를 가지며, 상기 서셉터의 상방에 방사형으로 배치되는 복수의 원료가스분사기와, 공급되는 퍼지가스의 공급 및 차단을 제어하는 퍼지밸브가 설치되어 있는 퍼지가스공급관과 연결되며, 상기 원료가스분사기 사이에 배치되는 복수의 퍼지가스분사기와, 상기 N개의 밸브 및 상기 퍼지밸브와 전기적으로 연결되며, 화학적 기상 증착법(Chemical vapor deposition : CVD)과, 원자층 증착법(Atomic layer deposition : ALD)과, 원자층 증착법 이후 화학적 기상 증착법으로 박막이 증착되는 방법 중 어느 하나의 방법으로 상기 기판 상에 박막이 증착되도록, 상기 N개의 밸브 및 상기 퍼지밸브를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the thin film deposition apparatus according to the present invention is provided with a chamber in which a space portion in which a deposition process is performed on a substrate is formed, and rotatably installed in the space portion of the chamber, and a plurality of substrates are mounted. It is connected to each of the N gas supply pipe is supplied to each of the N and the different kinds of gas supply, and a valve for controlling the supply and shut-off of the gas supplied to each gas supply pipe, the upper of the susceptor And a plurality of purge gas injectors disposed radially to the plurality of source gas injectors, and connected to a purge gas supply pipe having a purge valve for controlling supply and shutoff of the supplied purge gas, and disposed between the plurality of source gas injectors. And electrically connected to the N valves and the purge valve, chemical vapor deposition (CVD), and atomic layer deposition. A control unit for controlling the N valves and the purge valves so that the thin film is deposited on the substrate by any one of Atomic layer deposition (ALD) and a method of depositing a thin film by chemical vapor deposition after atomic layer deposition. Characterized in that it comprises a.
본 발명에 따르면, 상기 제어부는, 상기 N가지 종류의 가스 중 서로 다른 두 가지 이상의 가스를 이용하여 원자층 증착법으로 상기 기판 상에 박막을 증착시키기 위해, 상기 서셉터가 회전하고 있는 상태에서, 상기 박막 증착에 이용되는 가스가 상기 기판 상에 순차적으로 반복분사되고, 상기 박막 증착에 이용되는 가스의 분사 사이에 상기 퍼지가스가 상기 기판 상에 분사되도록, 상기 복수의 원료가스분사기를 그 배치방향을 따라 상기 박막 증착에 이용되는 가스의 분사 순서에 차례로 대응시켜, 상기 원료가스분사기의 N개의 밸브 중 상기 대응되는 가스의 공급 및 차단을 제어하는 밸브만을 개방하고 나머지 밸브는 차단하며, 상기 퍼지밸브는 개방하는 것이 바람직하다.According to the present invention, the control unit, in the state in which the susceptor is rotated to deposit a thin film on the substrate by atomic layer deposition using two or more different gases among the N kinds of gases, The plurality of source gas injectors are arranged in such a manner that the gas used for thin film deposition is sequentially repeatedly sprayed on the substrate, and the purge gas is injected onto the substrate between injections of the gas used for thin film deposition. According to the injection sequence of the gas used in the thin film deposition in turn, only the valve for controlling the supply and shutoff of the corresponding gas of the N valves of the source gas injector is opened and the other valves are blocked, the purge valve is It is preferable to open.
또한, 본 발명에 따르면 상기 제어부는, 상기 N가지 종류의 가스 중 2개 이상의 가스를 이용하여 화학적 기상 증착법으로 상기 기판 상에 박막이 증착되도록, 상기 원료가스분사기에 구비된 N개의 밸브 중 상기 박막 증착에 이용되는 가스의 공급 및 차단을 제어하는 밸브를 개방하는 것이 바람직하다.In addition, according to the present invention, the control unit, the thin film of the N valves provided in the source gas injector to deposit a thin film on the substrate by a chemical vapor deposition method using two or more of the N kinds of gases. It is desirable to open a valve that controls the supply and shut off of the gas used for deposition.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제어부는, 박막증착공정의 초기단계에서, 상기 N가지 종류의 가스 중 서로 다른 두 가지 이상의 가스를 이용하여 원자층 증착법으로 상기 기판 상에 박막을 증착시키기 위해, 상기 서셉터가 회전하고 있는 상태에서, 상기 박막 증착에 이용되는 가스가 상기 기판 상에 순차적으로 반복분사되고, 상기 박막 증착에 이용되는 가스의 분사 사이에 상기 퍼지가스가 상기 기판 상에 분사되도록, 상기 복수의 원료가스분사기를 그 배치방향을 따라 상기 박막 증착에 이용되는 가스의 분사 순서에 차례로 대응시켜, 상기 원료가스분사기의 N개의 밸브 중 상기 대응되는 가스의 공급 및 차단을 제어하는 밸브만을 개방하고 나머지 밸브는 차단하며, 상기 퍼지밸브는 개방하며, 상기 초기단계 이후에서, 상기 N가지 종류의 가스 중 2개 이상의 가스를 이용하여 화학적 기상 증착법으로 상기 기판 상에 박막이 증착되도록, 상기 원료가스분사기에 구비된 N개의 밸브 중 상기 박막 증착에 이용되는 가스의 공급 및 차단을 제어하는 밸브를 개방하는 것이 바람직하다. According to the present invention, the control unit, in the initial stage of the thin film deposition process, to deposit a thin film on the substrate by atomic layer deposition using two or more different gases of the N kinds of gases, In a state where a susceptor is rotating, the gas used for thin film deposition is sequentially repeatedly sprayed on the substrate, and the purge gas is sprayed on the substrate between injections of the gas used for thin film deposition. A plurality of source gas injectors are sequentially arranged along the direction of injection of the gases used for the thin film deposition, and only the valves controlling the supply and shutoff of the corresponding gas among the N valves of the source gas injector are opened. The remaining valves are shut off, the purge valves open, and after the initial stage, two of the N kinds of gases In order to deposit a thin film on the substrate by chemical vapor deposition using a gaseous phase, it is preferable to open a valve that controls the supply and blocking of the gas used for the thin film deposition among the N valves provided in the source gas injector. .
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 하나의 장치로 원자층 증착법과 화학적 기상 증착법을 모두 구현할 수 있으므로, 장치의 경제성 및 효율성이 향상된다.According to the present invention having the above-described configuration, since the atomic layer deposition method and the chemical vapor deposition method can be implemented in one device, the economics and efficiency of the device is improved.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막증착장치의 단면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 샤워헤드 어셈블리의 평면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 원료가스분사기의 단면도이며, 도 4는 도 2에 도시된 퍼지가스분사기의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a thin film deposition apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a plan view of the showerhead assembly shown in Figure 1, Figure 3 is a cross-sectional view of the raw material gas injector shown in Figure 2, Figure 4 Is a cross-sectional view of the purge gas injector shown in FIG.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 박막증착장치(1000)는 챔버(500)와, 서셉터(600)와, 히터부(700)와, 샤워헤드 어셈블리(300)리와, 제어부를 포함한다.1 to 4, the thin
챔버(500)의 내부에는 기판에 대한 증착공정 등이 행해지는 공간부(501)가 형성되어 있다. 또한, 챔버(500)에는 기판의 로딩/언로딩을 위하여 기판이 출입되는 게이트(502) 및 챔버 내부의 가스를 배출하기 위한 배기유로(503)가 형성되어 있다.In the
서셉터(600)는 기판이 안착되는 곳으로 평판 형상으로 형성되며, 구동축(601)에 결합되어 승강 및 회전가능하도록 공간부(501)에 설치된다. 서셉 터(600)의 상면에는 기판이 안착되는 복수의 안착부(미도시)가 형성되어 있다.The
히터부(700)는 기판을 공정온도까지 가열하기 위한 것으로, 서셉터(600)의 하방에 배치되어 기판을 가열한다.The
샤워헤드 어셈블리(300)는 화학적 기상 증착법(Chemical vapor deposition : CVD) 및 원자층 증착법(Atomic layer deposition : ALD)을 모두 실시할 수 있도록 하기 위한 것이다. 이를 위하여, 샤워헤드 어셈블리(300)는 복수의 원료가스분사기(200a ~ 200d)와 복수의 퍼지가스분사기(101~104)를 포함한다. 본 실시예의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 샤워헤드 어셈블리는 4개의 원료가스분사기(200a ~ 200d)와, 4개의 퍼지가스분사기(101~104)로 구성된다.The
원료가스분사기는 기판을 향해 서로 다른 N가지 종류의 가스를 분사하기 위한 장치로, 이러한 가스에는 소스가스와, 반응가스와, 금속을 함유하는 전구체와, H2 나 NH3와 같은 환원가스 등과 같이 증착 과정에 참여하는 가스가 포함된다. 이를 위해, 원료가스분사기에는 N개의 가스공급관이 연결되며, 가스공급관으로 공급되는 가스의 온/오프 및 유량을 제어하기 위한 N개의 밸브가 각 가스공급관에 하나씩 설치되어 있다. 여기서, N은 2 이상의 자연수이다. A source gas injector is a device for injecting different N kinds of gases toward a substrate, such as a source gas, a reaction gas, a precursor containing a metal, and a reducing gas such as H 2 or NH 3. Gases that participate in the deposition process are included. To this end, N gas supply pipes are connected to the source gas injector, and N valves for controlling on / off and flow rate of the gas supplied to the gas supply pipes are provided in each gas supply pipe. Here, N is a natural number of 2 or more.
본 실시예의 경우 4개의 원료가스분사기(200a ~ 200d)가 구비되며, 이 4개의 원료가스분사기(200a ~ 200d)는 서셉터의 상방에 방사형으로 배치된다. 그리고, 각 원료가스분사기에는 2개(N=2)의 가스공급관, 즉 제1가스가 공급되는 제1가스공급관(201) 및 제2가스가 공급되는 제2가스공급관(202)이 연결된다. 이하, 도 3을 참조하여 원료가스분사기(200a ~ 200d)의 구조에 관하여 구체적으로 설명한다.In the present embodiment, four
본 실시예에 따른 원료가스분사기(200a ~ 200d)는 샤워헤드 본체(240)와, 구획판(250)과, 복수의 분사핀(270)과, 전원부(280)를 포함한다.The raw
샤워헤드 본체(240)는 상부 플레이트(210)와, 하부 플레이트(220)와, 저면판(230)을 포함한다. 상부 플레이트(210)에는 N개의 가스공급관 중 a개의 가스공급관이 각각 연결되는 a개의 제1주입구와, N개의 가스공급관 중 나머지 b개의 가스공급관이 각각 연결되는 b개의 제2주입구가 관통 형성된다(여기서 a + b = N). 본 실시예의 경우, 2개의 가스공급관이 구비되는바, 제1주입구(211) 및 제2주입구(212)는 각각 하나씩 관통 형성되며, 제1주입구(211)에 제1가스공급관(201)이 연결되며, 제2주입구(212)에 제2가스공급관(202)이 연결된다. 제1가스공급관(201)에는 제1가스의 공급 및 차단을 제어하는 제1밸브(2011)가 설치되어 있으며, 제2가스공급관(202)에는 제2가스의 공급 및 차단을 제어하는 제2밸브(2021)가 설치되어 있다. 그리고, 상부 플레이트 내부에는 히터(213)가 매설되어 있다. The
하부 플레이트(220)는 고리 형상으로 형성되며, 상부 플레이트(210)의 하단에 결합된다. 이 하부 플레이트는 접지(그라운드 처리)된다. 저면판(230)은 판 형상으로 형성된다. 저면판(230)에는 복수의 분사구가 관통 형성되어 있는데, 이 분사구는 후술할 분사핀이 연결되는 복수의 제1분사구(231)와, 복수의 제2분사구(232)를 포함한다. 이 저면판(230)은 샤워헤드 본체(240)의 바닥부에 해당하는 것으로, 하부 플레이트(220)의 하단부에 결합되어 하부 플레이트 내부에 배치되며, 상부 플레이트(210) 및 하부 플레이트(220)와 함께 수용부(241)를 형성한다. 그리 고, 이 저면판(230)은 하부 플레이트와 전기적으로 연결되어 접지된다.The
구획판(250)은 평판 형상으로 형성되며, 복수의 삽입홀(251)과, 상부 플레이트의 제2주입구와 연통되는 유동공(252)이 관통 형성되어 있다. 이 구획판(250)은 수용부(241)의 내부에 설치되어, 수용부를 제1버퍼부(243)와, 제2버퍼부(242)로 구획한다. 제1버퍼부(243)는 구획판(250)의 상측에 형성되며, 제1주입구(211)와 연통된다. 그리고, 제2버퍼부(242)는 구획판(250)의 하측에 형성되며, 제2주입구(212)와 연통된다. 이 구획판(250)은 후술하는 바와 같이 수용부(241)의 내부에 플라즈마를 형성할 수 있도록, 도전성 소재로 이루어진다.The
그리고, 상기 구획판(250)은 제1절연부재(261) 및 제2절연부재(262)에 의해 절연 및 지지된다. 제1절연부재(261)는 환형으로 형성되어 상부 플레이트(210)에 결합되며, 제1절연부재(261)에는 상부 플레이트의 제2주입구(212) 및 구획판의 유동공(252)과 연통되는 유동홀이 관통 형성되어 있다. 제2절연부재(262)는 환형으로 형성되어 하부 플레이트(220)에 결합되며, 제2절연부재에는 구획판의 유동공(252)과 연통되는 관통홀이 관통 형성되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 구획판은 제1절연부재(261)와 제2절연부재(262) 사이에 배치되어 지지되며, 이에 따라 상부 플레이트(210) 및 하부 플레이트(220)와 구획판(250)은 상호 절연된다.In addition, the
분사핀(270)은 제1버퍼부(243)로 공급된 제1가스를 제2버퍼부(242)로 공급된 제2가스와 서로 분리된 상태로 기판으로 분사하기 위한 것이다. 분사핀(270)은 중공의 형상으로 형성되며, 분사핀(260)의 일단부는 구획판의 삽입홀(251)에 연결(삽입)되며, 분사핀의 타단부는 저면판의 제1분사구(231)에 연결(삽입)된다. 그리고, 이 분사핀(270)은 절연성 소재로 이루어진다.The
전원부(280)는 수용부 내에 플라즈마가 발생하도록 구획판에 전원을 인가하기 위한 것으로, 특히 본 실시예의 경우 전원부는 구획판(250)에 RF 전력을 인가한다. 전원부는 RF 로드(281)와, RF 커넥터(282)를 포함하여 구성된다. RF 로드(281)는 바 형상으로 형성되며, 상부 플레이트(210) 및 제1절연부재(261)를 관통하며 삽입되어 구획판(250)에 연결된다. 그리고, RF 로드(281)의 외주면에는 절연부재(283)가 결합되어 있다. RF 커넥터(282)는 RF 로드(281)에 연결되며, RF 전력을 RF 로드(281)로 인가한다. The
그리고, 샤워헤드 본체의 내부에는 분리판(290)이 더 설치되어 있다. 분리판은 평판 형상으로 형성되며, 복수의 유동홀(291)이 관통 형성되어 있다. 이 분리판은 제1버퍼부(243) 내에 설치되어, 제1버퍼부를 제1공간부(2431)와 제2공간부(2432)로 구획한다. 그리고, 분리판(290)의 양측에는 분리판을 지지하기 위한 지지핀(292)이 결합되어 있다. 제1주입구(211)를 통해 유입된 제1가스는 제1공간부(2431)에서 일차적으로 확산되며, 이후 유동홀(291)을 통해 제2공간부(2432)로 유입되어 다시 한번 더 균일하게 확산된 후 분사핀(270)을 통해 분사된다. 따라서, 제1가스가 기판을 향해 균일하게 분사된다.The
퍼지가스분사기(101,102,103,104)는 4개 구비되어 원료가스분사기 사이에 하나씩 배치된다. 퍼지가스분사기(101,102,103,104)에는 퍼지가스를 공급하기 위한 퍼지가스공급관(110)이 연결되며, 이 퍼지가스공급관에는 퍼지가스의 공급 및 차단을 제어하는 퍼지밸브(111)가 설치되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 퍼지가스 분사기(101,102,103,104)는 단일 샤워헤드 구조로, 내부에는 공급된 퍼지가스가 수용되는 수용부(120)가 형성되어 있다. 그리고, 퍼지가스분사기의 바닥부(130)에는 공급된 퍼지가스가 분사되는 복수의 분사구(131)가 관통 형성되어 있다. Four purge gas injectors (101, 102, 103, 104) are provided and arranged one by one between the raw gas injectors. A purge
제어부(미도시)는 화학적 기상 증착법(Chemical vapor deposition : CVD)과, 원자층 증착법(Atomic layer deposition : ALD)과, 원자층 증착법 이후 화학적 기상 증착법으로 박막이 증착되는 방법 중 어느 하나의 방법으로 상기 기판에 박막이 증착되도록 제1밸브(2011), 제2밸브(2021) 및 퍼지밸브(111)를 제어하는 것이다. 즉, 제어부는 실시하고자 하는 박막증착공정의 종류에 따라 제1밸브, 제2밸브 및 퍼지밸브를 제어한다. 이하, 각 공정에 따른 제어부의 밸브 제어에 관하여 설명한다.The controller (not shown) may be any one of chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition (ALD), and chemical vapor deposition after atomic layer deposition. The
먼저, 원자층 증착법으로 박막을 증착하는 경우에 관하여 설명한다. 이때, 제1가스공급관(201)으로는 소스가스가 공급되며, 제2가스공급관(202)으로는 반응가스가 공급된다. 원자층 증착법으로 박막이 증착되려면, 소스가스와 반응가스가 순차적으로 반복분사되되, 소스가스와 반응가스의 분사 사이에 퍼지가스가 분사되어야 한다. 이를 위해, 4개의 원료가스분사기를 그 배치방향(둘레방향)을 따라서, 소스가스 및 반응가스의 분사 순서에 차례로 대응시킨다. 그러면, 첫 번째 원료가스분사기(200a)는 소스가스에 대응되고, 두 번째 원료가스분사기(200b)는 반응가스에 대응되고, 세 번째 원료가스분사기(200c)는 다시 소스가스에 대응되고, 네 번째 원료가스분사기(200d)는 다시 반응가스에 대응된다. 이 상태에서, 서셉터를 회전시키면서, 각 원료가스분사기의 2개의 밸브, 즉 제1밸브(2011) 및 제2밸브(2021) 중 대응되는 가스의 공급 및 차단을 제어하는 밸브만을 개방하고 나머지 밸브는 차단한다. 즉, 첫 번째 및 세 번째 원료가스분사기(200a,200c)의 제1밸브(2011)를 개방하고 제2밸브(2021)는 차단하며, 두 번째 및 네 번째 원료가스분사기(200b,200d)의 제1밸브(2011)는 차단하고 제2밸브(2021)를 개방한다. 그리고, 퍼지가스분사기(101~104)의 퍼지밸브(111)를 개방한다. First, the case of depositing a thin film by the atomic layer vapor deposition method is demonstrated. At this time, the source gas is supplied to the first
그러면, 기판이 첫 번째 원료가스분사기(200a)의 하방을 지날 때 기판으로 소스가스가 분사되며, 이후 퍼지가스분사기(101), 두 번째 원료가스분사기(200b), 퍼지가스분사기(102), 세 번째 원료가스분사기(200c)의 하방을 차례로 지나면서 기판으로 퍼지가스, 반응가스, 퍼지가스, 소스가스가 차례로 분사된다. 즉, 기판이 회전하는 동안 기판으로, 소스가스, 퍼지가스, 반응가스, 퍼지가스가 순차적으로 분사되며, 이에 따라 기판에 원자층 증착법으로 박막이 증착된다. 이때, 필요에 따라 두 번째 및 네 번째 원료가스분사기(200b,200d)의 구획판에 RF 파워를 인가하면 제2버퍼부로 공급된 반응가스에 플라즈마가 발생하여 증착 속도가 향상된다. Then, the source gas is injected into the substrate when the substrate passes under the first
그리고, 화학적 기상 증착법으로 박막을 증착하는 경우, 각 원료가스분사기(200a~200d)의 제1밸브(2011) 및 제2밸브(2021)는 모두 개방하고, 퍼지가스분사기의 제3밸브(111)는 차단한다. 그러면, 기판으로 소스가스와 반응가스가 함께 분사되며, 이에 따라 기판에 화학적 기상 증착법으로 박막이 증착된다.In the case of depositing a thin film by chemical vapor deposition, both the
한편, 한 공정 내에서 초기단계에서는 원자층 증착법으로 박막을 증착하고, 이후 화학적 기상 증착법으로 박막을 증착할 수도 있다. 이러한 공정은 트렌치(trench) 혹은 콘택 홀(contact hole)을 갭-필(gap-fill)하는 공정에서 유용하게 사용될 수 있다. Meanwhile, the thin film may be deposited by atomic layer deposition in an initial step within a process, and then deposited by chemical vapor deposition. Such a process may be usefully used in the process of gap-filling trenches or contact holes.
즉, 제어부는 박막증착공정의 초기단계, 즉 트렌치 부분을 채우는 단계에서는 서셉터가 회전하도록 제어하는 상태에서, 첫 번째 및 세 번째 원료가스분사기(200a,200c)의 제1밸브는 개방하고 제2밸브는 차단하며, 두 번째 및 네 번째 원료가스분사기(200b,200d)의 제1밸브는 차단하고 제2밸브를 개방한다. 그리고, 퍼지가스분사기(101~104)의 제3밸브를 개방한다. 그러면, 기판으로, 소스가스, 퍼지가스, 반응가스, 퍼지가스가 순차적으로 반복분사되며, 이에 따라 기판의 트렌치 부분에 원자층 증착법으로 박막이 증착된다. 따라서, 트렌치 부분에 공극(보이드,void)이 발생됨이 없이 채워지게 된다. That is, the controller controls the susceptor to rotate in the initial stage of the thin film deposition process, that is, filling the trench portion, and opens the first valves of the first and third raw
그리고, 초기단계 이후 즉 트렌치 부분이 다 채워진 이후 제어부는, 첫 번째 및 세 번째 원료가스분사기(200a,200c)의 제2밸브도 개방하고, 두 번째 및 네 번째 원료가스분사기(200b,200d)의 제1밸브도 개방한다(즉, 모든 원료가스분사기의 제1밸브 및 제2밸브 개방). 그리고 퍼지가스분사기(101~104)의 제3밸브는 차단한다. 그러면, 기판으로 소스가스와 반응가스가 함께 분사되며, 이에 따라 기판에 화학적 기상 증착법으로 박막이 빠른 속도로 증착된다.After the initial stage, that is, after the trench part is filled, the control unit also opens the second valves of the first and third
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면 박막증착공정의 종류에 따라 제1밸브, 제2밸브 및 퍼지밸브를 제어함으로써, 하나의 장치로 원자층 증착 공정 및 화학적 기상 증착 공정을 실시할 수 있다. 따라서, 종래와 같이 원자층 증착장치 및 화학적 기상 증착장치를 각각 제작하지 않아도 되므로 제작 비용을 절감할 수 있다.As described above, according to the present embodiment, by controlling the first valve, the second valve, and the purge valve according to the type of the thin film deposition process, the atomic layer deposition process and the chemical vapor deposition process can be performed with one device. Therefore, it is not necessary to manufacture the atomic layer deposition apparatus and the chemical vapor deposition apparatus, respectively, as in the prior art, thereby reducing the manufacturing cost.
나아가 본 실시예에 따르면, 하나의 공정 내에서 원자층 증착법 이후 화학적 기상 증착법을 구현할 수 있으며, 따라서 트렌치나 콘택 홀에 공극 발생 없이 빠른 속도로 박막을 증착시킬 수 있다.Furthermore, according to the present embodiment, the chemical vapor deposition method can be implemented after the atomic layer deposition method in one process, and thus the thin film can be deposited at a high speed without generating voids in the trench or contact hole.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 샤워헤드 어셈블리의 평면도이며, 도 6은 도 5에 도시된 원료가스분사기의 단면도이다. 5 is a plan view of a showerhead assembly according to another embodiment of the present invention, Figure 6 is a cross-sectional view of the raw material gas injector shown in FIG.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 샤워헤드 어셈블리(1300)는 4개의 원료가스분사기(1201~1204)와 4개의 퍼지가스분사기(1101~1104)를 가진다. 4개의 원료가스분사기는 방사형으로 배치되며, 이 원료가스분사기의 사이에 퍼지가스분사기가 하나씩 배치된다. 본 실시예의 경우, 퍼지가스분사기의 구성은 앞서 설명한 실시예와 동일한 바, 이하 원료가스분사기의 구성에 관하여 도 6 및 도 3을 함께 참조하여 설명한다.5 and 6, the
본 실시예의 경우 각 원료가스분사기에는 3개(N=3)의 가스공급관(201A,202A,203A)이 연결된다. 이를 위하여, 상부 플레이트에는 2개(a=2)의 제1주입구(211A)와, 1개(b=1)의 제2주입구(212A)가 관통 형성된다. 제1주입구(211A)에는 제1가스공급관(201A) 및 제2가스공급관(202A)이 연결되며, 제2주입구에는 제3가스공급관(203A)이 연결된다. 그리고, 각 가스공급관에는 제1밸브(2011A), 제2밸브(2021A) 및 제3밸브(2031A)가 각각 설치되어 있다. In this embodiment, three (N = 3)
다만, 본 실시예의 경우에는, 3개의 가스공급관(201A,202A,203A)의 연결을 위해, 2개의 가스공급관(201A,202A)이 제1주입구(211A)를 통해 제1버퍼부로 연결되고, 1개의 가스공급관(203A)이 제2주입구(212A)를 통해 제2버퍼부로 연결되지만, 이와 달리 1개의 가스공급관이 제1버퍼부로 연결되고 2개의 가스공급관이 제2버퍼부로 연결되도록 구성할 수도 있다. 또한, 이와 같이 이중 샤워헤드로 구성되지 않고, 퍼지가스분사기와 같이 단일 샤워헤드 구조로 이루어질 수도 있다.However, in the present embodiment, for the connection of three
이하, 상기한 바와 같이 구성된 샤워헤드 어셈블리(1300)를 이용하여, 텅스텐 박막을 증착하는 실시예에 관하여 설명한다. 이를 위해, 제1가스공급관(201A)으로는 환원가스가 공급되는데, 이 환원가스로는 수소(H2) 또는 암모니아(NH3)이가 사용된다. 제2가스공급관(202A)으로는 붕소 함유가스가 공급되는데, 이 붕소 함유가스로는 디보레인(B2H6)이 이용될 수 있다. 그리고, 제3가스공급관(203A)으로는 텅스텐 함유 전구체가 공급되는데, 이 텅스텐 함유 전구체로 불화텅스텐(WF6)이 이용될 수 있다.Hereinafter, an embodiment of depositing a tungsten thin film using the
텅스텐 박막 증착 공정은, 텅스텐 핵형성층을 형성하는 초기단계와, 텅스텐 박막을 형성하는 단계로 이루어진다.The tungsten thin film deposition process includes an initial step of forming a tungsten nucleation layer and a step of forming a tungsten thin film.
먼저, 텅스텐 핵형성층을 형성하는 초기단계는 디보레인과 불화텅스텐을 이용하여 원자층 증착법으로 이루어진다. 이를 위해, 서셉터가 회전하고 있는 상태에서, 홀수 번째 배치된 원료가스분사기, 즉 제1원료가스분사기(1201) 및 제3원료가스분사기(1203)의 제2밸브(2021A)를 개방하고 제1밸브(2011A) 및 제3밸브(2031A)는 차단하며, 짝수 번째 배치된 원료가스분사기 즉 제2원료가스분사기(1202) 및 제4원료가스분사기(1204)의 제3밸브(2031A)를 개방하고 제1밸브(2011A) 및 제2밸브(2021A)는 차단한다. 그리고, 퍼지가스분사기의 퍼지밸브를 개방한다. 그러면, 기판이 회전하는 동안 기판 상으로, 디보레인, 퍼지가스, 불화텅스텐, 퍼지가스가 순차적으로 반복 분사되며, 이에 따라 기판 상에 원자층 증착법으로 텅스텐 핵혁성층이 형성된다. First, the initial step of forming the tungsten nucleation layer is made by atomic layer deposition using diborane and tungsten fluoride. To this end, in the state where the susceptor is rotating, the second valve 2021A of the odd numbered raw gas injector, that is, the first raw
상술한 초기단계를 통해 텅스텐 핵형성층이 원하는 두께로 형성된 이후에는, 불화텅스텐과 환원가스인 수소를 이용하여 화학적 기상 증착법으로 텅스텐 박막을 증착한다. 이를 위해, 각 원료가스분사기의 제1밸브(2011A) 및 제3밸브(2031A)를 개방하고 제2밸브(2021A)는 차단한다. 그리고, 퍼지가스분사기의 퍼지밸브를 차단한다. 그러면, 불화텅스텐과 수소가 기판 사에 함께 분사되어 기판 상에 텅스텐 박막이 증착된다. 이때, 수소는 제1버퍼부로 공급된 후 분사핀을 통해 기판으로 분사되고, 불화텅스텐은 제2버퍼부로 공급된 후 기판으로 분사된 후, 샤워헤드 본체의 외부에서 서로 혼합된다. 따라서, 샤워헤드 본체 내에서 수소와 불화텅스텐이 서로 반응하여 파티클이 발생 및 누적되는 것이 방지된다. After the tungsten nucleation layer is formed to a desired thickness through the initial stage described above, the tungsten thin film is deposited by chemical vapor deposition using tungsten fluoride and hydrogen, a reducing gas. To this end, the first valve 2011A and the third valve 2031A of each source gas injector are opened and the second valve 2021A is shut off. Then, the purge valve of the purge gas injector is shut off. Then, tungsten fluoride and hydrogen are injected together to the substrate yarn to deposit a tungsten thin film on the substrate. At this time, hydrogen is supplied to the first buffer portion and then injected into the substrate through the injection pin, tungsten fluoride is supplied to the second buffer portion and then injected into the substrate, and then mixed with each other outside the shower head body. Thus, hydrogen and tungsten fluoride react with each other in the showerhead body to prevent particles from being generated and accumulated.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and the present invention belongs to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.
예를 들어, 앞서 설명한 실시예에서는 샤워세드 어셈블리가 4개의 원료가스분사기 및 4개의 퍼지가스분사기로 이루어졌으나, 도 7에 도시된 바와 같이 샤워헤드 어셈블리(300A)가 2개의 원료가스분사기 및 2개의 퍼지가스분사기로 이루어질 수 있다. 그리고, 이뿐 아니라 원료가스분사기 및 퍼지가스분사기의 수, 분사면적 및 배치형태는 박막증착공정의 특성에 따라 최적화되도록 변경될 수 있다.For example, in the above-described embodiment, the showerhead assembly is composed of four source gas injectors and four purge gas injectors, but as shown in FIG. 7, the
또한, 본 실시예에서는 원료가스분사기의 제2버퍼부에 플라즈마가 발생되도록 전원부를 연결하고 샤워헤드 본체를 접지하였으나, 제1버퍼부에 플라즈마가 발생하도록 전원부의 연결 및 샤워헤드 본체의 접지상태를 변경할 수도 있다. In addition, in the present embodiment, the power supply unit is connected to the second buffer portion of the source gas injector and the shower head main body is grounded. However, the connection of the power supply unit and the ground state of the shower head main body may be performed so that the plasma is generated in the first buffer unit. You can also change it.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막증착장치의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a thin film deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 샤워헤드 어셈블리의 평면도이다.FIG. 2 is a plan view of the showerhead assembly shown in FIG. 1. FIG.
도 3은 도 2에 도시된 원료가스분사기의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of the raw material gas injector shown in FIG.
도 4는 도 2에 도시된 퍼지가스분사기의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of the purge gas injector shown in FIG. 2.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 샤워헤드 어셈블리의 평면도이다.5 is a plan view of a showerhead assembly according to another embodiment of the present invention.
도 6은 도 5에 도시된 원료가스분사기의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of the raw material gas injector shown in FIG.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 샤워헤드 어셈블리의 평면도이다.7 is a plan view of a showerhead assembly according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1000...박막증착장치 101~104...퍼지가스분사기1000 Thin
200a~200d...원료가스분사기 300...샤워헤드 어셈블리200a ~ 200d ...
500...챔버 600...서셉터500 ...
700...히터부 210...상부 플레이트700
220...하부 플레이트 230...저면판220 ...
240...샤워헤드 본체 250...구획판240
270...분사핀 280...전원부270 ...
290...분리판290 Separator
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