KR20140008751A - 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법 및 그 증착장치 - Google Patents

알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법 및 그 증착장치 Download PDF

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Abstract

알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법 및 그 증착장치가 제공된다. 본 발명의 일 관점에 따른 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법에 따르면, 제 1 알루미늄 유기화합물을 포함하는 제 1 전구체 기체와 제 1 반응 기체를 이용하여 기판 상에 초기 반응층을 형성한다. 상기 초기 반응층 상에 제 2 알루미늄 유기화합물을 포함하는 제 2 전구체 기체와 실리콘 유기화합물을 포함하는 제 3 전구체 기체를 교번하여 공급하는 사이클 반응을 적어도 1회 수행한다.

Description

알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법 및 그 증착장치{Method of depositing Al-Si compound and apparatus for depositing the same}
본 발명은 전자 소자용 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 알루미늄-실리콘 화합물을 증착하기 위한 증착장치와 그 증착방법에 관한 것이다.
전자 소자의 제조에 있어서, 증착장치는 챔버 내에 증착물질이 형성될 기판 등을 위치시킨 후 증착물질을 증발시키거나 또는 반응기체를 유입하여 물질층을 기판 상에 형성시킨다. 예를 들어, 디스플레이 소자, 태양광 소자, 유기발광 소자 등과 같은 전자 소자의 제조에 있어서, 증발(evaporation)법, 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD)법, 스퍼터(sputter)법 등을 이용하여 기판 상에 물질층을 원하는 두께로 형성할 수 있다. 이러한 전자 소자는 점점 소형화되면서도 높은 성능을 필요로 하게 되고, 이에 따라 그 물질층의 두께도 점점 얇아지면서 높은 품질을 요구하게 된다.
한편, 물질층의 두께를 원자층 또는 분자층 단위로 형성하여 그 두께를 정밀하게 제어하기 위한 증착방법으로 원자층증착(atomic layer deposition, ALD)법이 최근 이용되고 있다. 하지만, 이러한 원자층증착법을 이용하면 물질층의 두께 제어가 용이한 반면 그 증착속도가 매우 느려 생산성(throughput)이 크게 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 그 생산성과 막의 품질을 높일 수 있는 물질층의 증착방법과, 이를 위한증착장치을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따른 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법이 제공된다. 제 1 알루미늄 유기화합물을 포함하는 제 1 전구체 기체와 제 1 반응 기체를 이용하여 기판 상에 초기 반응층을 형성한다. 상기 초기 반응층 상에 제 2 알루미늄 유기화합물을 포함하는 제 2 전구체 기체와 실리콘 유기화합물을 포함하는 제 3 전구체 기체를 교번하여 공급하는 사이클 반응을 적어도 1회 수행한다.
상기 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법에 있어서, 상기 사이클 반응은, 상기 기판 상에 상기 제 2 전구체 기체를 공급하는 단계와, 상기 기판 상의 잔여 기체를 1차 제거하는 단계와, 상기 기판 상에 상기 제 3 전구체 기체를 공급하는 단계와, 상기 기판 상의 잔여 기체를 2차 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법에 있어서, 상기 1차 제거하는 단계 및 상기 2차 제거하는 단계는 상기 기판 상의 잔여 기체를 흡입하도록 펌핑하는 단계를 각각 포함할 수 있다.
상기 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법에 있어서, 상기 1차 제거하는 단계 및 상기 2차 제거하는 단계는, 상기 기판 상에 1차 퍼지 기체를 공급하는 단계와, 상기 기판 상의 잔여 기체를 흡입하도록 펌핑하는 단계와, 상기 기판 상에 2차 퍼지 기체를 공급하는 단계를 각각 포함할 수 있다.
상기 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법에 있어서, 상기 사이클 반응은 상기 제 2 전구체 기체와 상기 제 3 전구체 기체를 연속적으로 분사하되 상기 기판을 공간적으로 이동시켜 상기 제 2 전구체 기체와 상기 제 3 전구체 기체가 교번하여 상기 기판 상으로 공급되도록 수행할 수 있다.
상기 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법에 있어서, 상기 사이클 반응 동안, 상기 기판은 상기 제 2 전구체 기체를 공급하기 위한 적어도 하나의 제 2 전구체 분사부 및 상기 제 3 전구체 기체를 공급하기 위한 적어도 하나의 제 3 전구체 분사부 아래에서 왕복 운동할 수 있다.
상기 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법에 있어서, 상기 사이클 반응 동안 상기 제 1 전구체 기체의 공급은 중단될 수 있다.
상기 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법에 있어서, 상기 초기 반응층을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 상기 제 1 전구체 기체를 공급하는 단계와, 상기 기판 상에 제 1 반응 기체를 공급하는 단계와, 상기 기판 상의 잔여 기체를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법에 있어서, 상기 잔여 기체를 제거하는 단계는, 상기 기판 상의 잔여 기체를 흡입하도록 펌핑하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법에 있어서, 상기 제 1 전구체 기체와 상기 제 2 전구체 기체는 동일한 알루미늄 화합물이고, 상기 제 1 전구체 기체를 공급하기 위한 제 1 전구체 분사부와 상기 제 2 전구체 기체를 공급하기 위한 제 2 전구체 분사부는 별도로 제공될 수 있다.
상기 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법에 있어서, 상기 제 1 전구체 기체와 상기 제 3 전구체 기체는 동일한 알루미늄 화합물이고, 상기 제 1 전구체 기체를 공급하기 위한 제 1 전구체 분사부와 상기 제 3 전구체 기체를 공급하기 위한 제 3 전구체 분사부는 별도로 제공될 수 있다.
상기 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법에 있어서, 상기 제 1 전구체 기체는 트리메틸알루미늄(TMA) 기체를 포함하고, 상기 제 2 전구체 기체 및 상기 제 3 전구체 기체 중 하나는 화학식 RxSi(OH)y (단, R은 알콕사이드 또는 알킬기이고, x+y=4, y=1 또는 2임)로 표현되는 실리콘 화합물을 포함하고, 다른 하나는 트리메틸알루미늄(TMA) 기체를 포함할 수 있다.
상기 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법에 있어서, 상기 사이클 반응을 적어도 1회 수행하는 단계는, 상기 사이클 반응을 복수회 반복하여 상기 기판 상에 소정 두께의 알루미늄 실리케이트 화합물층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따른 알루미늄-실리콘 화합물의 증착장치는, 반응 챔버 내 기판의 이동 경로 상에 배치되고, 상기 기판 상에 초기 반응층을 형성하도록 상기 기판 상에 제 1 알루미늄 유기화합물을 포함하는 제 1 전구체 기체와 제 1 반응 기체를 공급하기 위한 초기 반응부와, 상기 반응 챔버 내 상기 기판의 이동 경로 상에 상기 초기 반응부에 이어서 배치되고, 상기 초기 반응층 상에 제 2 알루미늄 유기화합물을 포함하는 제 2 전구체 기체와 실리콘 유기화합물을 포함하는 제 3 전구체 기체를 교번하여 공급하는 사이클 반응을 수행하기 위한 사이클 반응부를 포함할 수 있다.
상기 알루미늄-실리콘 화합물의 증착장치에 있어서, 상기 초기 반응부는, 상기 제 1 반응 기체를 공급하기 위한 제 1 반응 기체 분사부와, 상기 제 1 반응 기체 분사부의 일측에 배치되고, 상기 제 1 전구체 기체를 공급하기 위한 제 1 전구체 분사부와, 상기 제 1 반응 기체 분사부의 타측에 배치된 펌핑부를 포함할 수 있다.
상기 알루미늄-실리콘 화합물의 증착장치에 있어서, 상기 사이클 반응부는, 상기 기판 상에 상기 제 2 전구체 기체를 공급하기 위한 적어도 하나의 제 2 전구체 분사부와, 상기 기판 상에 상기 제 3 전구체 기체를 공급하기 위한 적어도 하나의 제 3 전구체 분사부와, 상기 적어도 하나의 제 2 전구체 분사부 및 상기 적어도 하나의 제 3 전구체 분사부 사이에 배치되어, 상기 기판 상의 잔여 기체를 제거하기 위한 적어도 하나의 제거부를 포함할 수 있다.
상기 알루미늄-실리콘 화합물의 증착장치에 있어서, 상기 적어도 하나의 제거부는 상기 제 2 전구체 분사부 및 상기 제 3 전구체 분사부 사이의 적어도 하나의 펌핑부를 포함할 수 있다.
상기 알루미늄-실리콘 화합물의 증착장치에 있어서, 상기 적어도 하나의 제거부는, 상기 적어도 하나의 제 2 전구체 분사부와 상기 적어도 하나의 펌핑부 사이의 적어도 하나의 제 1 퍼지부와, 상기 적어도 하나의 제 3 전구체 분사부 및 상기 적어도 하나의 펌핑부 사이의 적어도 하나의 제 2 퍼지부를 더 포함할 수 있다.
상기 알루미늄-실리콘 화합물의 증착장치는, 상기 사이클 반응부의 상기 제 2 전구체 기체와 상기 제 제 3 전구체 기체의 분사 및 상기 초기 반응부의 상기 제 1 전구체 기체의 분사를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 알루미늄-실리콘 화합물의 증착장치는, 상기 반응 챔버 내에서 상기 기판을 상기 초기 반응부에서 상기 사이클부로 이동시키기 위한 기판 이송부를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 1 사이클 반응을 통해서 알루미늄기와 실리콘기가 결합된 2층 구조의 알루미늄-실리콘 화합물층을 형성할 수 있어서, 산화제를 사용하여 알루미늄 산화물을 형성하는 통상의 ALD법보다 높은 증착 속도를 가질 수 있다. 이에 따라, 제품 생산성이 높아질 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법을 보여주는 개략적인 순서도이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법을 보여주는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄-실리콘 화합물의 증착장치를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 알루미늄-실리콘 화합물의 증착장치를 보여주는 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 화학기상증착(CVD)법은 반응 기체들의 화학반응에 의한 물질층의 증착법을 통상적으로 지칭할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 원자층증착(ALD)법은 CVD법의 일종으로서, 화학흡착층의 결합력과 물리흡착층의 결합력이 상이한 것을 이용하여 기판 상에 얇은 막을 반복적으로 형성하는 증착법을 지칭할 수 있다. 이러한 ALD법은 원자층 단위 또는 분자층 단위로 반복적으로 물질층을 형성하는 방법을 기본적으로 지칭하나, 이러한 원자층 또는 분자층에 국한되지 않고 사이클 반응을 통한 얇은 막의 반복적인 증착으로 확대 해석될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법을 보여주는 개략적인 순서도이다. 도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법을 보여주는 개략도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판(50) 상에 제 1 전구체 기체(62)와 제 1 반응 기체(64)를 이용하여 초기 반응층(60)을 형성할 수 있다(S10). 예를 들어, 기판(50)은 디스플레이 소자, 태양광 소자, 유기발광 소자 등과 같은 전자 소자의 제조용으로 사용되는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 여기에서, 기판(50)은 증착물질이 증착될 대상물을 의미하는 것으로, 예컨대 글라스, 세라믹, 플라스틱, 반도체 등을 포함할 수 있다.
초기 반응층(60)은 이어지는 사이클 반응을 위한 기초 물질층을 형성하기 위한 것이다. 예를 들어, 초기 반응층(60)은 알루미늄(Al)에 -OH- 작용기가 결합된 알루미늄 화합물(66)을 포함할 수 있다. 예컨대, 제 1 전구체 기체(62)는 트리메틸알루미늄(trimethyl aluminum, TMA) 기체를 포함하고, 제 1 반응 기체(64)는 H2O 기체를 포함할 수 있다. 이러한, 제 1 전구체 기체(62)와 제 1 반응 기체(64)를 반응시켜, 기판(50) 상에 알루미늄 화합물(66)을 포함하는 초기 반응층(60)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 초기 반응층(60)은 제 1 전구체 기체(62)와 제 1 반응 기체(64)를 기판(50) 상에 동시에 또는 연속적으로 공급한 후 서로 반응시켜 CVD법으로 형성할 수 있다. 다른 예로, 제 1 전구체 기체(62)와 제 1 반응 기체(64)의 공급 후 잔여 기체를 반응 챔버(미도시) 밖으로 퍼지하거나 및/또는 펌핑하는 단계를 반복하여, 초기 반응층(60)을 ALD법으로 형성할 수도 있다.
이어서, 초기 반응층(60) 상의 잔류 기체를 제거하는 단계가 이어질 수 있다. 예를 들어, 기판(50)이 로딩된 반응 챔버(미도시)를 펌핑하거나 그리고/또는 적절한 퍼지 기체로 퍼지함으로써 초기 반응층(60) 상의 잔류 기체, 예컨대 미반응 기체 또는 부산물 등을 제거할 수 있다. 한편, ALD법으로 초기 반응층(60)을 형성하는 경우, 이러한 제거 단계에서 기판(50) 상에 화학적으로 흡착되지 않고 물리적으로 흡착된 분자층이 퍼지되어 더 제거되어, 기판(50) 상에 단분자층 구조의 초기 반응층(60)이 형성될 수도 있다.
도 1과, 도 3 내지 도 6을 같이 참조하면, 초기 반응층(60) 상에 제 2 전구체 기체(72)와 제 3 전구체 기체(76)를 교번하여 공급하는 사이클 반응을 적어도 1회 수행하여, ALD법으로 알루미늄-실리콘 화합물층(70)을 형성할 수 있다(S20). 이러한 사이클 반응의 반복 회수는 알루미늄-실리콘 화합물층(70)의 원하는 두께에 따라서 적절하게 선택될 수 있고, 이 실시예의 범위를 제한하지 않는다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 초기 반응층(60) 상에 제 2 전구체 기체(72)를 먼저 공급할 수 있다. 제 2 전구체 기체(72)는 실라놀기를 갖는 화합물, 예컨대 화학식 RxSi(OH)y (단, R은 알콕사이드 또는 알킬기이고, x+y=4, y=1 또는 2임)로 표현되는 실리콘 화합물을 포함할 수 있다. 이러한 제 2 전구체 기체(72)는 자체 소중합체반응(oligomerization)을 통해서 초기 반응층(60) 상에 화학적으로 흡착될 수 있다.
이에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 전구체 기체(72)와 초기 반응층(60)의 알루미늄 화합물(66)이 반응하여, 제 1 알루미늄 실리케이트 화합물(74)을 포함하는 알루미늄-실리콘 화합물층(70)을 형성할 수 있다.
이어서, 기판(50) 상의 잔류 기체를 1차 제거하는 단계가 이어질 수 있다. 예를 들어, 기판(50)이 로딩된 반응 챔버(미도시)를 펌핑하거나 그리고/또는 적절한 퍼지 기체로 퍼지함으로써 초기 반응층(60) 상의 잔류 기체, 예컨대 미반응 기체 또는 부산물 등을 제거할 수 있다. 이러한 1차 제거 단계에서 초기 반응층(60) 상에 화학적으로 흡착되지 않고 물리적으로 흡착된 분자층이 퍼지되어 더 제거될 수도 있다.
예를 들어, 1차 제거 단계는 적회도 1회의 펌핑 단계 또는 적어도 1회의 퍼지 단계를 포함할 수 있다. 예컨대, 제거 단계는 제 1 퍼지 단계, 제 1 펌핑 단계 및 제 2 퍼지 단계를 포함할 수 있다. 제 1 퍼지 단계 및 제 2 퍼지 단계는 불활성 기체를 반응 챔버 내에 공급하는 단계를 포함할 수 있고, 제 1 펌핑 단계는 반응 챔버 내부를 진공 펌프로 펌핑하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로 보면, 반데르발스(Van der Waals) 힘에 의하여 결합을 하고 있는 제 2 전구체 기체(72)의 물리흡착 분자(physisorbed molecules)는 탈착된다. 그러나, 공유결합(covalent bond)을 하고 있는 제 2 전구체 기체(72)의 화학흡착 분자(chemisorbed molecules)는 초기 반응층(60)과 강하게 흡착하고 있기 때문에 탈착되지 않는다. 이에 따라, 단분자층의 화학흡착층이 형성될 수 있다. 다만, 제거 단계를 조절함으로써, 두 분자층 이상의 화학흡착층을 형성할 수도 있다.
이어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 3 전구체 기체(76)를 공급할 수 있다. 예를 들어, 제 3 전구체 기체(76)는 트리메틸알루미늄(TMA) 기체(76)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 3 전구체 기체(76)와 제 1 알루미늄 실리케이트 화합물(74)이 반응하여, 제 2 알루미늄 실리케이트 화합물(78)을 형성할 수 있다. 제 2 알루미늄 실리케이트 화합물(78)은 그 표면에 초기 반응층(60)과 같은 작용기를 가질 수 있다.
이어서, 기판(50) 상의 잔류 기체를 2차 제거하는 단계가 이어질 수 있다. 예를 들어, 기판(50)이 로딩된 반응 챔버(미도시)를 펌핑하거나 그리고/또는 적절한 퍼지 기체로 퍼지함으로써 알루미늄-실리콘 화합물층(70) 상의 잔류 기체, 예컨대 미반응 기체 또는 부산물 등을 제거할 수 있다. 이러한 2차 제거 단계에서 알루미늄-실리콘 화합물층(70) 상에 화학적으로 흡착되지 않고 물리적으로 흡착된 분자층이 퍼지되어 더 제거될 수도 있다.
예를 들어, 2차 제거 단계는 적회도 1회의 펌핑 단계 또는 퍼지 기체를 공급하는 적어도 1회의 퍼지 단계를 포함할 수 있다. 예컨대, 2차 제거 단계는 제 1 퍼지 단계, 펌핑 단계 및 제 2 퍼지 단계를 포함할 수 있다. 제 1 퍼지 단계 및 제 2 퍼지 단계는 불활성 기체를 반응 챔버 내에 공급하는 단계를 포함할 수 있고, 펌핑 단계는 반응 챔버 내부를 진공 펌프로 펌핑하는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 도 3 내지 도 6의 사이클 반응을 통해서 기판(50) 상에, 알루미늄-실리콘 화합물층(70)을 형성할 수 있다. 이러한 사이클 반응은 별도의 반응 기체, 예컨대 산화물 형성을 위한 산화제를 이용하지 않고, TMA 기체의 촉매 작용을 이용하여, 실라놀(silanol) 계열을 근간으로 하는 유기금속과 TMA의 반응을 유도할 수 있다.
이어서, 전술한 도 3 내지 도 6의 사이클 반응을 반복함으로써, 원하는 두께의 알루미늄-실리콘 화합물층(70)을 형성할 수 있다. 이러한 사이클 반응은 제 2 전구체 기체(72)와 제 3 전구체 기체(76)를 기판(50) 상에 시간적으로 분할하여 공급하는 시분할 방식의 ALD법이나, 또는 제 2 및 제 3 전구체 기체들(72, 76)은 연속적으로 분사하되 기판(50)을 이들을 지나도록 스캔 또는 왕복 운동시켜 제 2 및 제 3 전구체 기체들(72, 76)이 기판(50) 상으로 교번하여 공급되도록 하는 공간 분할 방식의 ALD법으로 수행할 수도 있다.
전술한 방법에 따르면, 1 사이클 반응을 통해서 알루미늄기와 실리콘기가 결합된 2층 구조의 알루미늄-실리콘 화합물층(70)을 형성할 수 있다. 이 방법에 따르면, 산화제를 사용하여 알루미늄 산화물을 형성하는 통상의 ALD법보다 높은 증착 속도를 가질 수 있어서 생산성을 높일 수 있다. 나아가, 전구체 기체로 실라놀 계열 화합물을 이용함으로써 인-시츄(in-situ) 세정이 수반될 수도 있다.
이러한 알루미늄-실리콘 화합물층(70)은 다양한 전자 소자에 사용될 수 있고, 예컨대 디스플레이 소자의 인캡슐레이션층(encapsulation layer)의 적어도 일부로 이용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 알루미늄-실리콘 화합물층(70)은 유기발광소자(organic light emitting device, OLED)의 상부 전극을 덮는 인캡슐레이션층의 하부층으로 이용될 수 있다. 인캡슐레이션층은 상부 전극 및 그 하부 구조를 덮기 위해서 매우 치밀한 막 품질을 가질 것이 요구된다. 이러한 점에서, ALD법에 의해서 형성된 알루미늄-실리콘 화합물층(70)은 인캡슐레이션층으로 적합할 수 있다.
다른 예로, 이러한 알루미늄-실리콘 화합물층(70)은 솔라셀(solar cell)용 패시베이션층으로 이용될 수도 있다. 치밀한 패시베이션층은 하부의 셀을 외부 습기 등으로부터 효과적으로 보호할 수 있다.
이하에서는 도 7 및 도 8을 참조하여, 공간 분할 방식의 ALD법을 적용하기 위한 증착장치를 예시적으로 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄-실리콘 화합물의 증착장치를 보여주는 개략적인 단면도이다. 이 실시예에 따른 증착장치는 기판이 공간적으로 이동되면서 전구체 기체를 공급받는다는 점에서 공간 분할식 ALD 증착 장치라고 불릴 수 있다.
도 7을 참조하면, 기판(50)이 장입되어 기판(50) 상에 물질층이 형성되는 반응 공간을 한정하는 반응 챔버(105)가 제공된다. 반응 챔버(105)의 형상은 예시적으로 도시되었고 다양하게 변형될 수 있다. 반응 챔버(105)는 내부 공간을 소정 압력의 진공 상태로 유지하기 위해서 진공 펌프(미도시)에 연결될 수 있다. 이러한 반응 챔버(105) 내에는 초기 반응부(110)와 사이클 반응부(120)가 구비될 수 있다.
기판(50)은 반응 챔버(105) 내의 이송부(140) 상에 탑재되어 그 내부에서 움직일 수 있다. 예를 들어, 기판(50)은 초기 반응부(110)와 사이클 반응부(120) 사이에서 일방향으로 스캔해서 또는 왕복해서 움직일 수 있다. 다른 예로, 기판(50)은 초기 반응부(110)는 한번만 지나가고 사이클 반응부(120) 내에서 왕복해서 움직일 수 있다. 이송부(140)는 레일 구조, 체인 구조, 롤러 구조 등 다양한 형상으로 제공될 수 있고, 그 구조가 이 실시예의 범위를 제한하지는 않는다.
초기 반응부(110)는 반응 챔버(105) 내 기판(50)의 이동 경로의 앞단 상에 배치될 수 있다. 초기 반응부(110)는 초기 반응층(도 2의 60)을 형성하기 위해 기판(50) 상에 제 1 전구체 기체(도 2의 62)와 제 1 반응 기체(도 2의 64)를 공급할 수 있다. 예컨대, 초기 반응부(110)는 제 1 반응 기체(114)를 공급하기 위한 제 1 반응 기체 분사부(114)와, 제 1 반응 기체 분사부(114)의 일측에 배치되고 제 1 전구체 기체(62)를 공급하기 위한 제 1 전구체 분사부(112)와, 제 1 반응 기체 분사부(114)의 타측에 배치된 펌핑부(116)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 초기 반응부(110) 내에서, 제 1 전구체 분사부(112)가 맨앞에 배치되고, 이어서 제 1 반응 기체 분사부(114)가 배치되고, 이어서 펌핑부(116)가 순서대로 배치될 수 있다.
펌핑부(116)는 반응 챔버(105)와 연결된 진공 펌프(미도시)에 연결되거나 또는 별도의 진공 펌프(미도시)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 펌핑부(116)는 이러한 진공 펌프에 연결된 펌핑 라인들로 구성될 수 있다. 여기에서 펌핑부(116)는 제거부로 불릴 수도 있다. 선택적으로, 잔류 기체를 제거하기 위한 제거부는 펌핑부(116) 외에 적어도 하나의 퍼지부를 더 포함할 수 있다. 여기에서, 퍼지부는 퍼지 기체를 공급할 수 있는 퍼지 라인을 의미할 수 있다. 퍼지 라인은 노즐 타입이나 샤워 헤드 타입 등 다양한 형태로 제공될 수 있다.
사이클 반응부(120)는 반응 챔버(105) 내 기판(50)의 이동 경로 상에 초기 반응부(110)에 이어서 배치될 수 있다. 사이클 반응부(120)는 초기 반응층(60) 상에 제 2 전구체 기체(도 3의 72)와 제 3 전구체 기체(도 5의 76)를 교번하여 공급할 수 있다.
예를 들어, 사이클 반응부(120)는, 기판(50) 상에 제 2 전구체 기체(72)를 공급하기 위한 적어도 하나의 제 2 전구체 분사부(125)와, 기판(50) 상에 제 3 전구체 기체(76)를 공급하기 위한 적어도 하나의 제 3 전구체 분사부(121, 129)를 별도로 포함할 수 있다. 제 2 전구체 분사부(125)와 제 3 전구체 분사부(121, 129)는 하나 또는 그 이상이 하나의 사이클 유닛을 구성할 수 있고, 서로 교번하여 배치될 수 있다.
도 7에는 하나의 제 2 전구체 분사부(125)와 두 개의 제 3 전구체 분사부(121, 129)가 하나의 사이클을 유닛을 구성하는 것으로 도시되었으나, 이 실시예의 범위는 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 이 실시예에서는 사이클 반응부(120) 내에서 제 3 전구체 분사부(121), 제 2 전구체 분사부(125), 제 3 전구체 분사부(129)의 순서로 배치되게 도시되었으나, 이 실시예의 변형된 예에서는 제 2 전구체 분사부(125)가 먼저 배치되고, 제 3 전구체 분사부(121)가 이어지고 다른 제 2 전구체 분사부(미도시) 나중에 배치되도록 변형될 수도 있다.
나아가, 사이클 반응부(120)는 제 2 전구체 분사부(125)와 제 3 전구체 분사부(121, 129) 사이에 잔류 기체를 제거하기 위한 적어도 하나의 제거부(132)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 제거부(132)는 기판(50) 상을 국부적으로 펌핑하기 위한 펌핑부(123, 127)를 포함할 수 있다. 펌핑부(123, 127)는 사이클 반응 동안 기판(50) 상의 잔여 기체를 제거하기 위해 제공될 수 있다. 펌핑부(123, 127)는 펌핑 라인들을 포함할 수 있고, 전술한 펌핑부(116)와 같은 진공 펌프에 연결되거나 또는 별도의 진공 펌프에 연결될 수도 있다. 이러한 펌핑부(123, 127)의 형상은 다양하게 변형될 수 있고, 이 실시예의 범위를 제한하지 않는다.
제어부(130)는 제 1 전구체 분사부(112), 제 1 반응 기체 분사부(114), 제 2 전구체 분사부(125) 및 제 3 전구체 분사부(121, 129)의 분사를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(130)는 초기 반응층(60) 형성 동안에만 제 1 전구체 분사부(112)와 제 1 반응 기체 분사부(114)가 기체를 분사하고, 사이클 반응 동안에는 이들이 기체를 분사하지 못하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 사이클 반응 동안 제 1 전구체 기체(72)의 기판(50) 상으로의 공급이 중단될 수 있다. 한편, 기판(50)이 사이클 반응 동안 사이클 반응부(120) 내에서만 움직이는 경우 이러한 제어부(130)의 제어가 생략될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 제 1 전구체 기체(72)와 제 3 전구체 기체(76) 트리메틸알루미늄(TMA) 기체를 포함하고, 제 2 전구체 기체(72)는 실라놀기를 갖는 화합물, 예컨대 화학식 RxSi(OH)y (단, R은 알콕사이드 또는 알킬기이고, x+y=4, y=1 또는 2임)로 표현되는 실리콘 화합물을 포함할 수 있다. 한편, 이 실시예의 변형된 예에서, 제 2 전구체 기체(72)가 TMA 기체를 포함하고, 제 3 전구체 기체(76)가 실리콘 화합물을 포함하고 변경될 수도 있다.
이러한 증착 장치에 의하면, 이송부(140)가 초기 반응부(110) 하부를 지나게 되면, 기판(50) 상에 순차로 제 1 전구체 기체(62)와 제 1 반응 기체(64)가 공급되면서 이들의 반응에 의해서 초기 반응층(60)이 형성될 수 있다. 이어서, 기판(50)이 펌핑부(116) 아래를 지나면서 기판(50) 상의 잔여 기체가 펌핑되어 대부분 제거될 수 있다.
이와 같이 초기 반응이 완료되면, 이어서 기판(50)은 사이클 반응부(120)로 진입하여, 스캔 운동 또는 왕복 운동을 하게 된다. 이에 따르면, 기판(50) 상에 제 2 전구체 기체(72)와 제 3 전구체 기체(76)가 교번하여 공급되고, 그 사이에 잔여 기체를 펌핑하여 제거하기 위한 제거 단계가 수행될 수 있다. 예를 들어, 기판(50)이 제 2 전구체 분사부(125)와 제 3 전구체 분사부(121, 129) 아래에서 왕복 운동할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 알루미늄-실리콘 화합물의 증착장치를 보여주는 개략적인 단면도이다. 이 실시예에 따른 증착장치는 도 7의 증착장치에 일부 구성을 부가 또는 변형한 것이고, 따라서 두 실시예들에서 중복된 설명은 생략된다.
도 8을 참조하면, 사이클 반응부(120a)의 제거부(132)는 제 2 전구체 분사부(125)와 펌핑부(123, 127) 사이에 적어도 하나의 제 1 퍼지부(124, 126)를 더 포함할 수 있다. 나아가, 제거부(132)는 제 3 전구체 분사부(121, 129) 및 펌핑부(123, 127) 사이에 적어도 하나의 제 2 퍼지부(122, 128)를 더 포함할 수 있다. 제 1 퍼지부(124, 126)와 제 2 퍼지부(122, 128)는 펌핑부(123, 127)에 부가해서 잔여 기체를 더 효과적으로 제거하기 위해서 부가될 수 있다.
제 1 퍼지부(124, 126) 및 제 2 퍼지부(122, 128)는 노즐 타입 또는 샤워 헤드 타입 등 다양한 형태의 기체 분사 라인 구조를 포함할 수 있다. 이러한, 제 1 퍼지부(124, 126) 및 제 2 퍼지부(122, 128)의 배치로 인해서 기판(50)의 제 2 전구체 분사부(125)와 제 3 전구체 분사부(121, 129) 사이의 스캔 또는 왕복 길이가 길어져, 잔여 기체의 펌핑 또는 퍼지 효율이 상승될 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에서, 퍼지 효율이 높은 경우 펌핑부(123, 127)가 생략되거나 또는 제 1 퍼지부(124, 126)와 제 2 퍼지부(122, 128)의 일부가 생략될 수도 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
50: 기판 60: 초기 반응층
62: 제 1 전구체 기체 64: 제 1 반응 기체
70: 알루미늄-실리콘 화합물층 76: 제 3 전구체 기체
105: 반응 챔버 110: 초기 반응부
112: 제 1 전구체 분사부 114: 제 1 반응 기체 분사부
125: 제 2 전구체 분사부 121, 129: 제 3 전구체 분사부
116, 123, 127: 펌핑부 120: 사이클 반응부
124, 126: 제 1 퍼지부 122, 128: 제 2 퍼지부

Claims (20)

  1. 제 1 알루미늄 유기화합물을 포함하는 제 1 전구체 기체와 제 1 반응 기체를 이용하여 기판 상에 초기 반응층을 형성하는 단계; 및
    상기 초기 반응층 상에 제 2 알루미늄 유기화합물을 포함하는 제 2 전구체 기체와 실리콘 유기화합물을 포함하는 제 3 전구체 기체를 교번하여 공급하는 사이클 반응을 적어도 1회 수행하는 단계를 포함하는,
    알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 사이클 반응은,
    상기 기판 상에 상기 제 2 전구체 기체를 공급하는 단계;
    상기 기판 상의 잔여 기체를 1차 제거하는 단계;
    상기 기판 상에 상기 제 3 전구체 기체를 공급하는 단계; 및
    상기 기판 상의 잔여 기체를 2차 제거하는 단계를 포함하는,
    알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 1차 제거하는 단계 및 상기 2차 제거하는 단계는 상기 기판 상의 잔여 기체를 흡입하도록 펌핑하는 단계를 각각 포함하는, 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 1차 제거하는 단계 및 상기 2차 제거하는 단계는,
    상기 기판 상에 1차 퍼지 기체를 공급하는 단계;
    상기 기판 상의 잔여 기체를 흡입하도록 펌핑하는 단계; 및
    상기 기판 상에 2차 퍼지 기체를 공급하는 단계를 각각 포함하는, 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 사이클 반응은 상기 제 2 전구체 기체와 상기 제 3 전구체 기체를 연속적으로 분사하되 상기 기판을 공간적으로 이동시켜 상기 제 2 전구체 기체와 상기 제 3 전구체 기체가 교번하여 상기 기판 상으로 공급되도록 수행하는, 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 사이클 반응 동안, 상기 기판은 상기 제 2 전구체 기체를 공급하기 위한 적어도 하나의 제 2 전구체 분사부 및 상기 제 3 전구체 기체를 공급하기 위한 적어도 하나의 제 3 전구체 분사부 아래에서 왕복 운동하는, 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 사이클 반응 동안 상기 제 1 전구체 기체의 공급은 중단되는, 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 초기 반응층을 형성하는 단계는,
    상기 기판 상에 상기 제 1 전구체 기체를 공급하는 단계;
    상기 기판 상에 제 1 반응 기체를 공급하는 단계; 및
    상기 기판 상의 잔여 기체를 제거하는 단계를 포함하는, 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 잔여 기체를 제거하는 단계는, 상기 기판 상의 잔여 기체를 흡입하도록 펌핑하는 단계를 포함하는, 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전구체 기체와 상기 제 2 전구체 기체는 동일한 알루미늄 화합물이고,
    상기 제 1 전구체 기체를 공급하기 위한 제 1 전구체 분사부와 상기 제 2 전구체 기체를 공급하기 위한 제 2 전구체 분사부는 별도로 제공되는, 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전구체 기체와 상기 제 3 전구체 기체는 동일한 알루미늄 화합물이고,
    상기 제 1 전구체 기체를 공급하기 위한 제 1 전구체 분사부와 상기 제 3 전구체 기체를 공급하기 위한 제 3 전구체 분사부는 별도로 제공되는, 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전구체 기체는 트리메틸알루미늄(TMA) 기체를 포함하고,
    상기 제 2 전구체 기체 및 상기 제 3 전구체 기체 중 하나는 화학식 RxSi(OH)y (단, R은 알콕사이드 또는 알킬기이고, x+y=4, y=1 또는 2임)로 표현되는 실리콘 화합물을 포함하고, 다른 하나는 트리메틸알루미늄(TMA) 기체를 포함하는, 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 사이클 반응을 적어도 1회 수행하는 단계는, 상기 사이클 반응을 복수회 반복하여 상기 기판 상에 소정 두께의 알루미늄 실리케이트 화합물층을 형성하는 단계를 포함하는, 알루미늄-실리콘 화합물의 증착방법.
  14. 반응 챔버 내 기판의 이동 경로 상에 배치되고, 상기 기판 상에 초기 반응층을 형성하도록 상기 기판 상에 제 1 알루미늄 유기화합물을 포함하는 제 1 전구체 기체와 제 1 반응 기체를 공급하기 위한 초기 반응부; 및
    상기 반응 챔버 내 상기 기판의 이동 경로 상에 상기 초기 반응부에 이어서 배치되고, 상기 초기 반응층 상에 제 2 알루미늄 유기화합물을 포함하는 제 2 전구체 기체와 실리콘 유기화합물을 포함하는 제 3 전구체 기체를 교번하여 공급하는 사이클 반응을 수행하기 위한 사이클 반응부;를 포함하는,
    알루미늄-실리콘 화합물의 증착장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 초기 반응부는,
    상기 제 1 반응 기체를 공급하기 위한 제 1 반응 기체 분사부;
    상기 제 1 반응 기체 분사부의 일측에 배치되고 상기 제 1 전구체 기체를 공급하기 위한 제 1 전구체 분사부; 및
    상기 제 1 반응 기체 분사부의 타측에 배치된 펌핑부를 포함하는, 알루미늄-실리콘 화합물의 증착장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 사이클 반응부는,
    상기 기판 상에 상기 제 2 전구체 기체를 공급하기 위한 적어도 하나의 제 2 전구체 분사부;
    상기 기판 상에 상기 제 3 전구체 기체를 공급하기 위한 적어도 하나의 제 3 전구체 분사부;
    상기 적어도 하나의 제 2 전구체 분사부 및 상기 적어도 하나의 제 3 전구체 분사부 사이에 배치되어, 상기 기판 상의 잔여 기체를 제거하기 위한 적어도 하나의 제거부를 포함하는, 알루미늄-실리콘 화합물의 증착장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제거부는 상기 제 2 전구체 분사부 및 상기 제 3 전구체 분사부 사이의 적어도 하나의 펌핑부를 포함하는, 알루미늄-실리콘 화합물의 증착장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제거부는,
    상기 적어도 하나의 제 2 전구체 분사부와 상기 적어도 하나의 펌핑부 사이의 적어도 하나의 제 1 퍼지부; 및
    상기 적어도 하나의 제 3 전구체 분사부 및 상기 적어도 하나의 펌핑부 사이의 적어도 하나의 제 2 퍼지부를 더 포함하는, 알루미늄-실리콘 화합물의 증착장치.
  19. 제 14 항에 있어서, 상기 사이클 반응부의 상기 제 2 전구체 기체와 상기 제 제 3 전구체 기체의 분사 및 상기 초기 반응부의 상기 제 1 전구체 기체의 분사를 제어하는 제어부를 더 포함하는, 알루미늄-실리콘 화합물의 증착장치.
  20. 제 14 항에 있어서, 상기 반응 챔버 내에서 상기 기판을 상기 초기 반응부에서 상기 사이클 반응부로 이동시키기 위한 기판 이송부를 더 포함하는, 알루미늄-실리콘 화합물의 증착장치.
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