KR20120140548A - 증착 장치 및 증착 방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 증착 장치는 제1 가스를 공급하는 가스 공급부; 상기 가스 공급부에 연결되고, 상기 제1 가스가 이온화된 제2 가스를 제공하는 이온화부; 및 상기 제2 가스가 투입되어 반응이 일어나는 반응부를 포함한다.
실시예에 따른 증착 방법은, 제1 가스를 준비하는 단계; 상기 제1 가스가 이온화된 제2 가스를 제공하는 단계; 및 상기 제2 가스가 기판과 반응하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 증착 방법은, 제1 가스를 준비하는 단계; 상기 제1 가스가 이온화된 제2 가스를 제공하는 단계; 및 상기 제2 가스가 기판과 반응하는 단계를 포함한다.
Description
실시예는 증착 장치 및 증착 방법에 관한 것이다.
일반적으로 기판 또는 웨이퍼(wafer)상에 다양한 박막을 형성하는 기술 중에 화학 기상 증착 방법(Chemical Vapor Deposition; CVD)이 많이 사용되고 있다. 화학 기상 증착 방법은 화학 반응을 수반하는 증착 기술로, 소스 물질의 화학 반응을 이용하여 웨이퍼 표면상에 반도체 박막이나 절연막 등을 형성한다.
이러한 화학 기상 증착 방법 및 증착 장치는 최근 반도체 소자의 미세화와 고효율, 고출력 LED 개발 등으로 박막 형성 기술 중 매우 중요한 기술로 주목 받고 있다. 현재 웨이퍼 상에 실리콘 막, 산화물 막, 실리콘 질화물 막 또는 실리콘 산질화물 막, 텅스텐 막 등과 같은 다양한 박막들을 증착하기 위해 이용되고 있다.
실시예는 증착 공정의 신뢰도를 높일 수 있고, 고품질의 박막을 형성할 수 있는 증착 장치 및 증착 방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 증착 장치는 제1 가스를 공급하는 가스 공급부; 상기 가스 공급부에 연결되고, 상기 제1 가스가 이온화된 제2 가스를 제공하는 이온화부; 및 상기 제2 가스가 투입되어 반응이 일어나는 반응부를 포함한다.
실시예에 따른 증착 방법은, 제1 가스를 준비하는 단계; 상기 제1 가스가 이온화된 제2 가스를 제공하는 단계; 및 상기 제2 가스가 기판과 반응하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 증착 장치는 이온화부를 포함한다. 상기 이온화부는 전극 발생부 및 하전 입자 생성부를 포함한다. 상기 이온화부로 유입된 소스 가스의 이온화 분해가 일어날 수 있고, 상기 이온화된 가스가 반응부로 공급될 수 있다.
상기 이온화된 가스가 상기 반응부로 공급되므로, 상기 반응부에서는 안정적인 반응이 일어날 수 있다. 또한, 반응부 내에 포함되는 기판에 이온화된 원자가 안정적으로 증착되어 고품질의 박막을 형성할 수 있다. 또한, 안정적인 화학반응을 유도함으로써, 박막의 성장률을 높일 수 있고, 박막을 효율적으로 제어할 수 있다.
종래에는, 반응부 내에서 소스 가스의 이온화가 일어났고, 이러한 이온화를 위해 이온화 활성화 과정이 더 필요하였다. 본 실시예에서는 소스 가스가 반응부로 공급되기 전, 소스 가스의 이온화 반응이 일어나므로 상기 이온화 활성화 과정을 생략할 수 있다.
상기 하전 입자 생성부는 하전 입자를 생성할 수 있다. 이로써, 상기 소스 가스의 이온화 반응을 유도할 수 있다. 또한, 상기 이온화 반응을 가속화시킬 수 있고, 제어할 수 있다.
실시예에 따른 증착 방법은, 상술한 효과를 가지는 증착을 진행할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 증착 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 A를 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 실시예에 따른 증착 방법의 공정 흐름도이다.
도 2는 도 1의 A를 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 실시예에 따른 증착 방법의 공정 흐름도이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 실시예에 따른 증착 장치를 상세하게 설명한다. 도 1은 실시예에 따른 증착 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 도 1의 A를 확대하여 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 증착 장치는 가스 공급부(100), 이온화부(200) 및 반응부(300)를 포함할 수 있다.
상기 가스 공급부(100)는 다수개의 가스 탱크, 유량 조절 밸브(102) 및 유동 차단 밸브(104)를 포함할 수 있다.
상기 가스 탱크는 도 1에 도시한 바와 같이, 캐리어 가스 탱크, 소스 가스 탱크 및 에칭 가스 탱크를 포함할 수 있다.
상기 캐리어 가스 탱크는 캐리어 가스를 저장할 수 있다. 상기 캐리어 가스 탱크는 비활성가스인 질소(N2) 또는 수소(H2) 등을 포함할 수 있다. 상기 캐리어 가스는 소스 가스의 원활한 이송을 도울 수 있다. 또한, 상기 반응부(300)에서 증착 분위기를 조성하여 원활한 증착을 도울 수 있다.
상기 소스 가스 탱크는 소스 가스를 저장할 수 있다. 상기 소스 가스 탱크는 사염화규소(SiCl4), 삼염화실란(SiHCl3, Trichlorosilane, TCS), 메틸트리클로로실란(CH3SiCl3, Methyltrichlorosilane, MTS), 이염화실란(SiH2Cl2, Dichlorosilane) 및 실란(SiH4) 등과 같이 실리콘(Si)이 함유된 다양한 소스 가스들을 포함할 수 있다. 상기 소스 가스는 상기 반응부(300) 내에 포함된 기판에 박막을 증착할 수 있다.
상기 에칭 가스 탱크는 에칭 가스를 저장할 수 있다. 상기 에칭 가스는 상기 반응부(300)에 포함된 기판을 에칭할 수 있다.
이어서, 상기 유량 조절 밸브(102)는 상기 캐리어 가스 탱크, 소스 가스 탱크 및 에칭 가스 탱크 각각에 구비될 수 있다. 상기 유량 조절 밸브(102)는 상기 가스 탱크들에 포함된 가스의 공급 유량을 제어할 수 있다.
상기 유동 차단 밸브(104)는 상기 캐리어 가스 탱크, 소스 가스 탱크 및 에칭 가스 탱크 각각에 구비될 수 있다. 상기 유동 차단 밸브(104)는 상기 가스 탱크들에 포함된 가스를 소정 조건에 따라 선택적으로 공급되도록 개폐할 수 있다.
이어서, 상기 이온화부(200)는 제1 챔버(230), 전극 발생부(210) 및 하전 입자 생성부(220)를 포함할 수 있다.
상기 제1 챔버(230)는 상기 소스 가스 탱크와 연결될 수 있다. 상기 소스 가스 탱크에 저장된 상기 소스 가스는 상기 제1 챔버(230)로 공급될 수 있다.
상기 전극 발생부(210)는 상기 제1 챔버(230) 내에 위치할 수 있다. 상기 전극 발생부(210)는 전원에 접속될 수 있다. 상기 전극 발생부(210)는 상기 전원으로부터 전압을 인가받아 상기 제1 챔버(230) 내에 전기장을 형성할 수 있다. 상기 전극 발생부(210)는 양극 및 음극을 각각 발생시킬 수 있다.
상기 전극 발생부(210)는 상기 소스 가스를 이온화할 수 있다. 즉, 상기 전극 발생부(210)는 상기 소스 가스를 이온화 분해할 수 있다. 상기 제1 챔버(230)내에서 전류를 형성하고 있는 전자들이 상기 소스 가스와 충돌하면서, 상기 소스 가스로부터 전자를 뺐을 수 있다. 따라서, 상기 소스 가스의 이온화 분해가 일어날 수 있다.
상기 하전 입자 생성부(220)는 하전 입자를 생성할 수 있다. 하전 입자는 상기 소스 가스가 이온화 되기 위한 유도체적인 입자이다. 이로써, 상기 소스 가스의 이온화 반응을 유도할 수 있다. 또한, 상기 이온화 반응을 가속화시킬 수 있고, 제어할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 상기 이온화부(200)로 유입된 소스 가스의 이온화 분해가 일어날 수 있고, 상기 이온화된 가스가 상기 반응부(300)로 공급될 수 있다.
상기 이온화된 가스가 상기 반응부(300)로 공급되므로, 상기 반응부(300)에서는 안정적인 반응이 일어날 수 있다. 또한, 반응부(300) 내에 포함되는 기판에 이온화된 원자가 안정적으로 증착되어 고품질의 박막을 형성할 수 있다. 또한, 안정적인 화학반응을 유도함으로써, 박막의 성장률을 높일 수 있고, 박막을 효율적으로 제어할 수 있다.
종래에는, 반응부(300) 내에서 소스 가스의 이온화가 일어났고, 이러한 이온화를 위해 이온화 활성화 과정이 더 필요하였다. 본 실시예에서는 소스 가스가 반응부(300)로 공급되기 전 소스 가스의 이온화 반응이 일어나므로 상기 이온화 활성화 과정을 생략할 수 있다.
이어서, 상기 반응부(300)는 제2 챔버(310), 발열 소자(360), 보온 유닛(320), 서셉터(330), 서셉터(330) 내에 구비되는 기판 홀더(340) 및 진공 펌프(370)를 포함할 수 있다.
상기 제2 챔버(310)는 원통형 또는 사각 박스 형상으로 형성되며, 내부에는 기판(10)를 처리할 수 있도록 소정 공간이 마련된다. 도면에 도시하지 않았으나, 제2 챔버(310)의 일측면에는 기체의 배출을 위한 기체 배출부가 더 형성될 수 있다.
이러한 제2 챔버(310)는 외부의 기체유입을 막고 진공도를 유지하는 역할을 한다. 이를 위해 제2 챔버(310)는 기계적 강도가 높고 화학적 내구성이 우수한 석영(quartz)을 포함할 수 있다.
이어서, 제2 챔버(310) 외부에 발열 소자(360)가 구비될 수 있다.
발열 소자(360)는 전원이 인가되면 열을 발생시키는 저항성 가열 소자일 수 있으며, 기판(10)를 균일하게 가열할 수 있도록 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 즉, 발열 소자(360)를 소정 형태로 배치하기 위해서 와이어 형태를 가질 수 있다. 일례로, 발열 소자(360)는 필라멘트, 코일 또는 카본 와이어 등을 포함할 수 있다.
이어서, 제2 챔버(310) 내에 보온 유닛(320)이 구비될 수 있다. 보온 유닛(320)은 제2 챔버(310) 내에 열을 보존하는 역할을 할 수 있다. 또한, 발열 소자(360)에서 발생된 열이 서셉터(330)에 효과적으로 전달될 수 있도록 형성된다.
보온 유닛(320)은 발열 소자(360)에서 발생하는 열에 의해 변형이 발생하지 않고 화학적으로 안정적인 재질로 형성된다. 예를 들어, 보온 유닛(320)은 질화물 세라믹이나 탄화물 세라믹 또는 흑연(graphite) 재질로 형성될 수 있다.
이어서, 이러한 보온 유닛(320) 상에 서셉터(330)가 위치한다.
실시예에 따른 증착 장치에서는 증착물이 형성되거나 에피택셜 성장이 일어나는 기판(10) 등이 서셉터(330) 위에 놓여진다.
도 2를 참조하면, 이러한 서셉터(330)는 서셉터 상판, 서셉터 하판 및 서셉터 측판을 포함할 수 있다. 또한, 서셉터 상판과 서셉터 하판은 서로 마주보며 위치한다.
서셉터(330)는 서셉터 상판과 서셉터 하판을 위치시키고 양 옆에 서셉터 측판을 위치시킨 후 합착하여 제조할 수 있다.
그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니므로, 직육면체의 서셉터(330)에 가스 통로를 위한 공간을 내어 제조할 수 있다.
서셉터 하판에는 증착 대상인 기판(10)를 고정할 수 있는 기판 홀더(340)가 위치할 수 있다.
이러한 서셉터 상판과 서셉터 하판 사이의 공간에서 기류가 흐르면서 증착 공정이 이루어질 수 있다. 서셉터 측판은 서셉터(330) 내부에서 기류가 흐를 때, 반응 기체가 빠져나가지 못하도록 하는 역할을 한다.
이러한 서셉터(330)는 고온 등의 조건에서 견딜 수 있도록 내열성이 높고 가공이 용이한 흑연(graphite)를 포함한다. 이러한 흑연은 다공질체이므로, 증착 공정 중 흡장가스를 방출할 가능성이 있다. 또한, 흑연과 원료 가스가 반응하여 서셉터 표면이 탄화 규소로 변하는 문제가 있어 서셉터의 피막에 탄화 규소를 포함할 수 있다.
이어서, 상기 진공 펌프(370)는 상기 제2 챔버(310) 내의 공기를 펌핑할 수 있다. 이를 통해, 상기 제2 챔버(310) 내부가 진공을 유지할 수 있도록 할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여, 실시예에 따른 증착 방법을 설명한다. 명확하고 간략한 설명을 위하여 앞서 설명한 내용과 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 서로 다른 부분에 대해서 상세하게 설명한다.
도 3은 실시예에 따른 증착 방법의 공정 흐름도이다.
도 2을 참조하면, 실시예에 따른 증착 방법은, 제1 가스를 준비하는 단계(ST100), 제2 가스를 제공하는 단계(ST200) 및 반응하는 단계(ST300)를 포함한다.
상기 제1 가스를 준비하는 단계(ST100)에서는 소스 가스를 준비할 수 있다.
상기 제2 가스를 제공하는 단계(ST200)에서는 상기 제1 가스가 이온화 분해되는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 상기 소스 가스가 이온화된 제2 가스를 제공할 수 있다.
이어서, 상기 반응하는 단계(ST300)는 기판에 박막이 형성되는 단계를 포함한다. 상기 제1 가스가 실란을 포함하고, 상기 기판은 실리콘카바이드를 포함할 수 있다. 이때, 상기 기판에 증착되는 박막은 실리콘카바이드를 포함할 수 있다.
상기 제2 가스를 제공하는 단계(ST200) 및 상기 반응하는 단계(ST300)는 서로 다른 챔버 내에서 이루어질 수 있다. 즉, 상기 제1 가스가 이온화되고, 상기 제2 가스가 증착되는 공정은 분리되어 일어날 수 있다.
일례로, 상기 소스 가스가 메틸트리클로로실란(MTS)일 수 있고, 상기 MTS가 이온화될 수 있다. 상기 MTS가 이온화되어, 상기 MTS에 포함되는 Si 및 Cl 원자들이 상기 기판으로 공급될 수 있다. 이로써, 상기 기판에 안정적으로 박막이 증착될 수 있고, 고품질의 박막을 형성할 수 있다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (9)
- 제1 가스를 공급하는 가스 공급부;
상기 가스 공급부에 연결되고, 상기 제1 가스가 이온화된 제2 가스를 제공하는 이온화부; 및
상기 제2 가스가 투입되어 반응이 일어나는 반응부를 포함하는 증착 장치. - 제1항에 있어서,
상기 이온화부는
전원에 접속되고 전계를 형성하여 상기 가스를 이온화시키는 전극 발생부를 포함하는 증착 장치. - 제2항에 있어서,
상기 이온화부는 하전 입자를 생성하는 하전 입자 생성부를 더 포함하는 증착 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 가스는 실란을 포함하는 증착 장치. - 제1 가스를 준비하는 단계;
상기 제1 가스가 이온화된 제2 가스를 제공하는 단계; 및
상기 제2 가스가 기판과 반응하는 단계를 포함하는 증착 방법. - 제5항에 있어서,
상기 제2 가스를 제공하는 단계는, 상기 제1 가스가 이온화 분해되는 단계를 포함하는 증착 방법. - 제5항에 있어서,
상기 제2 가스를 제공하는 단계 및 상기 반응하는 단계는 서로 다른 챔버 내에서 이루어지는 증착 방법. - 제5항에 있어서,
상기 반응하는 단계는 상기 기판에 박막이 형성되는 단계를 포함하는 증착 방법. - 제5항에 있어서,
상기 제1 가스는 실란을 포함하고, 상기 기판은 실리콘카바이드를 포함하는 증착 방법.
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