KR20150104923A - 박막 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 공정 가스를 이용하여 소정의 박막을 제조하는 박막 제조 방법으로서, 적어도 하나의 공정 가스의 공급을 주기적 또는 간헐적으로 중단하거나 감소시켜 박막을 형성하고, 공급 시간이 중단 또는 감소 시간보다 길거나 같은 박막 제조 방법을 제시한다.

Description

박막 제조 방법{Method of manufacturing a thin film}
본 발명은 박막 제조 방법에 관한 것으로, 특히 공정 가스의 공급량을 감소시키고 공정 균일성을 향상시킬 수 있는 박막 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 메모리 소자, 액정표시장치, 유기발광장치 등은 기판 상에 복수회의 반도체 공정을 실시하여 원하는 형상의 구조물을 적층하여 제조한다. 반도체 공정은 기판 상에 소정의 박막을 증착하는 공정, 박막의 선택된 영역을 노출시키는 포토리소그라피 공정, 선택된 영역의 박막을 제거하는 식각 공정 등을 포함한다. 이러한 반도체 공정은 해당 공정을 위해 최적의 환경이 조성된 반응 챔버 내부에서 진행된다.
반응 챔버는 내부에 기판을 지지하는 기판 지지대와 공정 가스를 분사하는 가스 분배부가 대향 마련되고, 반응 챔버의 외측에 공정 가스를 공급하는 가스 공급부가 마련된다. 즉, 반응 챔버 내부의 하측에 기판 지지대가 마련되어 기판을 지지하고, 반응 챔버 내부의 상측에 가스 분배부가 마련되어 가스 공급부로부터 공급되는 공정 가스를 기판 상에 분사한다. 또한, 기판이 대형화됨에 따라 기판의 전 영역에 고르게 박막이 증착되거나 식각되도록 하여 공정 균일성을 일정하게 유지해야 하는데, 이를 위해 넓은 영역에 고르게 공정 가스를 분사할 수 있는 샤워헤드(showerhead) 타입의 가스 분배부가 많이 이용된다. 이러한 샤워헤드를 이용한 박막 증착 장치의 예가 한국공개특허 제10-2008-0020202호에 제시되어 있다.
반응 챔버를 이용하는 공정으로서 예를 들어 박막 증착 공정은 박막을 구성하는 적어도 하나의 공정 가스를 반응 챔버 내에 동시에 공급하는 CVD 방법과, 적어도 둘 이상의 공정 가스를 반응 챔버 내에 순차적으로 공급하는 ALD 방법 등이 있다. 그런데, 기존의 CVD 방법은 공정을 진행할 때 공정 가스를 지속적으로 공급하게 된다. 샤워헤드가 포함된 가스 분배부를 이용하더라도 가스 분배부로 공정 가스를 공급하는 가스 공급관의 직하방에 위치한 영역은 공정 가스의 공급량이 많아 박막이 두껍게 증착되고, 이로부터 멀어질수록 공정 가스의 공급량이 적어져 박막이 얇게 증착된다. 특히, 기판이 대면적화될수록 이러한 두께 불균일 현상은 더 증가하게 된다.
본 발명은 반응 챔버 내부에서 적어도 하나의 공정 가스를 이용하여 박막 증착, 박막 식각 등의 공정을 실시하는 박막 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 기판 상의 전 영역에서의 공정 균일성을 향상시킬 수 있는 박막 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 공정 가스의 공급량을 감소시키고 대면적 기판의 공정 균일성을 향상시킬 수 있는 박막 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 박막 제조 방법은 적어도 하나의 공정 가스를 이용하여 소정의 박막을 제조하는 박막 제조 방법으로서, 상기 적어도 하나의 공정 가스의 공급을 적어도 1회 이상 중단하거나 감소시켜 박막을 형성하고, 공급 시간이 중단 또는 감소 시간보다 길거나 같다.
상기 공정 가스의 플라즈마를 발생시킨다.
상기 공정 가스는 적어도 둘 이상의 원료 가스 및 적어도 하나의 캐리어 가스를 포함한다.
상기 적어도 어느 하나의 원료 가스는 공급과 중단 또는 감소를 반복하고 적어도 다른 하나의 원료 가스는 지속적으로 공급한다.
상기 캐리어 가스는 상기 적어도 어느 하나의 원료 가스와 함께 중단 또는 감소를 반복하거나, 지속적으로 공급한다.
상시 원료 가스의 공급 시간과 중단 또는 감소 시간의 비율은 5:1 내지 1:1이다.
상기 공급 시간이 증가할수록 공정 시간이 감소하고, 상기 공급 시간이 감소할수록 박막의 두께 균일성이 증가한다.
상기 적어도 하나의 원료 가스가 공급될 때 상기 박막이 형성되며, 상기 적어도 하나의 원료 가스의 공급이 중단될 때 상기 박막이 트리트먼트된다.
상기 적어도 하나의 원료 가스의 공급이 중단될 때 플라즈마를 발생시킨다.
본 발명의 실시 예들은 적어도 하나의 공정 가스의 공급 및 중단을 반복하여 박막을 증착 또는 식각하는 등의 박막 형성 공정을 실시한다. 따라서, 박막의 두께 균일성을 향상시킬 수고, 공정 가스의 소모량을 줄일 수 있다.
또한, 공정 가스의 공급 시간이 증가할수록 공정 시간이 감소할 수 있고, 공급 시간이 감소할수록 박막의 두께 균일성이 증가할 수 있다. 따라서, 적적한 공정 시간 및 두께 균일성을 갖도록 공정 가스의 공급 시간 및 중단 시간을 선택할 수 있다.
그리고, 적어도 하나의 공정 가스가 공급될 때 박막이 증착되고, 적어도 하나의 공정 가스의 공급이 중단되고 적어도 다른 하나의 공정 가스가 공급되면서 증착된 박막에 트리트먼트 공정이 실시될 수 있다. 따라서, 박막 내에 존재하는 불순물을 제거할 수 있고, 그에 따라 박막의 막질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 기판 처리 장치의 개략 단면도.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시 예들에 따른 박막 제조 방법의 공정 레시피도.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시 예들에 따른 박막 제조 방법의 공정 레시피도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한 다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 기판 처리 장치의 개략 단면도이고, 도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 박막 제조 방법의 공정 레시피도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 적용되는 기판 처리 장치는 소정의 반응 공간이 마련된 반응 챔버(100)와, 반응 챔버(100) 내의 일측에 마련되어 적어도 하나의 기판(10)을 지지하는 기판 지지대(200)와, 기판 지지대(200)와 대향되는 반응 챔버(100) 내의 타측에 마련되어 공정 가스를 분사하는 가스 분배부(300)와, 반응 챔버(100) 외측에 마련되어 가스 분배부(300)로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부(400)를 포함할 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만 반응 챔버(100) 내부를 소정의 압력으로 배기하기 위한 배기부와, 반응 챔버(100) 내부에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생부를 더 포함할 수 있다.
반응 챔버(100)는 기판(10)의 형상에 따라 다양한 형상으로 마련될 수 있다. 여기서, 기판(10)은 반도체 제조용 실리콘 기판이 이용될 수 있고, 평판 디스플레이 제조용 글래스 기판이 이용될 수도 있다. 즉, 실리콘 기판 등 기판(10)이 원형일 경우 반응 챔버(100)는 횡단면이 원형인 원통형으로 마련될 수 있고, 유리 기판 등 기판(10)이 사각형일 경우 반응 챔버(100)는 횡단면이 사각형인 육면체 형성으로 마련될 수 있다. 또한, 반응 챔버(100)는 대략 기판(10) 형상의 평면부 및 평면부로부터 상향 연장된 측벽부를 포함하여 소정의 반응 공간을 가지는 몸체(100a)와, 평면부와 동일 형상으로 몸체(100a) 상에 위치하여 반응 챔버(100)를 기밀하게 유지하는 리드(100b)를 포함할 수 있다. 이러한 반응 챔버(100)의 내부에는 기판 지지대(200)와 가스 분배부(300)가 서로 대향되도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 기판 지지대(200)가 반응 챔버(100)의 평면부 측에 마련되고, 가스 분배부(300)가 리드(100b) 측에 마련될 수 있다. 또한, 반응 챔버(100)의 일 영역, 예를 들어 리드(100b)의 소정 영역은 반응 챔버(100) 내부로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부(400)와 연결될 수 있다.
기판 지지대(200)는 반응 챔버(100)의 내부에 마련되어 반응 챔버(100) 내부로 유입되는 적어도 하나의 기판(10)이 안착된다. 이러한 기판 지지대(200)는 가스 분배부(300)와 대향하는 위치에 마련되는데, 반응 챔버(100) 내부의 하측에 기판 지지대(200)가 마련되고, 반응 챔버(100) 내부의 상측에 가스 분배부(300)가 마련될 수 있다.
가스 분배부(300)는 반응 챔버(100) 내의 상부에 마련되며, 공정 가스를 반응 챔버(100)의 하측으로 분사한다. 이러한 가스 분배부(300)는 기판(10)의 형상에 대응되는 형상으로 제작될 수 있는데, 예를 들어 원형 또는 직사각형 형상으로 제작될 수 있다. 또한, 가스 분배부(300)는 내부에 소정의 공간이 마련된 샤워헤드 타입으로 마련될 수 있고, 상측은 가스 공급부(400)와 연결된다. 즉, 가스 분배부(300)는 상부가 리드(100b)와 접촉되어 결합될 수 있고, 상부의 예를 들어 중앙부는 가스 공급홀(320)이 마련되어 가스 공급부(400)의 복수의 가스 공급관(410)과 연결된다. 또한, 가스 분배부(300)의 하부면에는 기판(10)에 공정 가스를 분사하기 위한 복수의 분사홀(310)이 형성된다. 복수의 분사홀(310)은 다양한 패턴으로 형성될 수 있는데, 기판(10) 상에 공정 가스가 균일하게 분사될 수 있도록 다양한 크기 및 간격으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 가스 공급홀(320)의 직하방에 위치하는 분사홀(310)은 작은 크기로 형성되고 가스 공급홀(320)의 직하방과 멀어질수록 크기가 크게 형성될 수 있다. 또한, 가스 공급홀(320)의 직하방에 위치하는 분사홀(310)은 간격이 넓게 형성되고, 가스 공급홀(320)의 직하방과 멀어질수록 간격이 좁아지도록 형성될 수도 있다. 이는 가스 공급관(410)과 대응되는 하부면의 예를 들어 중앙부에 더 많은 공정 가스를 분사할 수 있기 때문에 중앙부로부터 분사되는 공정 가스를 줄이고 외곽으로 갈수록 공정 가스의 분사량을 증가시켜 기판(10)의 전 영역에 균일한 양으로 공정 가스를 공급하기 위함이다.
가스 공급부(400)는 복수의 공정 가스를 각각 저장하는 복수의 가스 공급원(410)과, 가스 공급원(410) 및 가스 분배부(300) 사이에 마련되어 가스 공급원(410)으로부터 복수의 공정 가스를 가스 분배부(300)에 공급하는 복수의 가스 공급관(420)과, 복수의 가스 공급관(420) 각각의 소정 위치에 마련되어 공정 가스의 공급을 조절하는 적어도 하나의 밸브(430)를 포함할 수 있다. 또한, 가스 공급원(410)과 밸브(430) 사이에 마련되어 공정 가스의 유량을 조절하는 유량 제어기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 복수의 가스 공급원(410)은 소정의 박막을 증착하기 위한 복수의 공정 가스를 저장하는데, 예를 들어 제 1 원료 가스, 제 2 원료 가스 및 캐리어 가스를 저장한다. 물론, 가스 공급원(410)은 박막 식각 공정을 위한 복수의 식각 가스를 저장할 수도 있다. 따라서, 가스 공급원(410)은 공정 가스의 수에 따라 복수로 구성될 수 있으며, 본 실시 예에서는 제 1 원료 가스 및 제 2 원료 가스를 각각 공급하는 제 1 및 제 2 가스 공급원(411, 412)을 포함하는 경우를 설명한다. 여기서, 제 1 원료 가스는 예를 들어 SiH4 가스 등 실리콘 소오스 가스를 포함할 수 있고, 제 2 원료 가스는 예를 들어 H2, O2, N2O, N2, NH3 등의 가스를 포함할 수 있다. 또한, 가스 공급원(410)은 제 1 원료 가스를 운반하는 예를 들어 Ar 등의 불활성 가스를 포함하는 캐리어 가스를 더 공급할 수 있다. 물론, 캐리어 가스는 공급되지 않을 수도 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 원료 가스에 따라 실리콘, SiNx, SiO2, SiON, SiOC 등의 박막을 증착할 수 있다. 물론, 원료 가스는 둘 이상으로 공급될 수 있다. 특히, 삼원계 이상 화합물 박막의 증착을 위해 셋 이상의 원료 가스가 공급될 수 있으며, 그에 따라 원료 가스를 공급하는 가스 공급원(411, 412)은 셋 이상 마련될 수 있다. 한편, 복수의 가스 공급관(420)은 복수의 가스 공급원(410)과 가스 분배부(300) 사이에 마련되며, 가스 공급원(410)의 수와 동일한 수로 마련된다. 그리고, 각각의 가스 공급관(420)의 소정 위치에는 적어도 하나의 밸브(430)가 마련될 수 있다. 이러한 가스 공급부(400)를 이용하여 본 발명은 제 1 원료 가스 및 제 2 원료 가스의 적어도 어느 하나를 공급 및 중단을 반복할 수 있다. 또한, 캐리어 가스도 공급 및 중단을 반복할 수도 있다. 물론, 원료 가스의 적어도 어느 하나의 공급을 완전히 중단하지 않고 공급량을 감소시킬 수 있다. 즉, 밸브(430)를 이용하여 공정 가스의 적어도 어느 하나를 시분할로 공급하거나 차단할 수 있다. 예를 들어, 제 2 밸브(432)를 오픈하여 제 2 원료 가스의 공급을 유지하고 제 1 밸브(431)를 오픈 및 클로즈하여 제 1 원료 가스의 공급 및 중단을 반복할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 밸브(431, 432)를 동시에 오픈 및 클로즈하거나 순차적으로 오픈 및 클로즈하여 제 1 원료 가스 및 제 2 원료 가스의 공급 및 중단을 반복할 수도 있다. 이렇게 적어도 어느 하나의 공정 가스의 공급 및 중단을 반복함으로써 공정 가스의 공급량을 줄이면서 박막의 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 적어도 어느 하나의 공정 가스의 공급 및 중단을 반복하여 박막을 증착하고, 적어도 다른 어느 하나의 공정 가스의 공급을 유지하고 플라즈마를 발생시켜 박막을 트리트먼트할 수 있고, 그에 따라 박막의 막질을 향상시킬 수 있다. 이러한 본 발명의 실시 예들에 따른 박막 제조 방법은 이후에 좀더 상세히 설명하겠다.
한편, 도시되지 않았지만, 공정 챔버(100) 내부에 공정 가스의 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생부가 더 마련될 수 있다. 플라즈마 발생부는 ICP 방식, CCP 방식, 헬리콘 방식 등 다양한 방식이 이용될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 발생부는 반응 챔버(100)의 외측 상부, 즉 리드(100b)의 상부에 마련된 안테나(미도시)를 포함할 수 있다. 안테나는 다수의 턴으로 감긴 나선형으로 마련되거나, 동심원 형태로 배치되어 서로 연결된 다수의 원형 코일을 포함할 수도 있다. 그러나, 안테나는 나선형 코일 또는 동심원상의 원형 코일뿐만 아니라 여러 가지 다른 형태를 가진 코일로 이루어질 수도 있고, 상부 안테나 및 하부 안테나의 복층 구조로 이루어질 수도 있다. 안테나가 복층 구조로 이루어질 경우 상부 안테나는 하부 안테나에 의해 생성되는 플라즈마의 밀도가 낮은 부위, 예컨대 기판(10)의 가장자리 부위에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 이러한 안테나는 일 단부가 RF 전원과 연결되고, 타 단부는 접지 단자와 연결된다. 또한, 플라즈마 발생부는 가스 분배부(300)가 알루미늄 등의 도전 물질로 제작되어 RF 전원을 공급받는 전극으로 기능할 수 있다. 이때, 가스 분배부(400)의 상부와 리드(100b) 사이에 절연체(미도시)가 마련되어 가스 분배부(400)과 리드(100b)를 절연시킬 수 있다.
이러한 기판 처리 장치를 이용하여 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 제 1 원료 가스, 제 2 원료 가스 및 불활성 가스의 적어도 어느 하나의 공급을 조절하여 박막을 증착하거나 식각하는 등 박막을 형성할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 반응 챔버(100) 내부로 적어도 하나의 원료 가스와 캐리어 가스를 공급하되, 예를 들어 제 1 원료 가스의 공급을 주기적 또는 간헐적으로 중단하여 박막을 형성할 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 주기적 또는 간헐적으로 제 1 원료 가스의 공급을 감소시켜 박막을 형성할 수도 있다. 즉, 제 1 원료 가스의 공급을 주기적으로 중단하거나 감소시켜 박막을 형성할 수 있다. 이때, 제 2 원료 가스와 캐리어 가스는 지속적으로 공급될 수 있다. 또한, 플라즈마 발생부에 의해 반응 챔버(100) 내부에 공정 가스의 플라즈마가 발생될 수 있다. 반응 챔버(100)에 제 1 및 제 2 원료 가스와 캐리어 가스가 함께 공급되면, 반응 챔버(100) 내부의 기판(10) 상에서 제 1 및 제 2 원료 가스가 반응하여 박막이 형성될 수 있다. 여기서, 캐리어 가스는 반응 챔버(100) 내부로 제 1 및 제 2 원료 가스의 적어도 어느 하나의 공급을 유도하거나 보조할 수 있고, 반응 챔버(100) 내부에서 발생되는 제 1 및 제 2 원료 가스의 반응을 보조할 수도 있다. 제 1 원료 가스의 공급이 일시적으로 중단되고, 반응 챔버(100) 내부로 제 2 원료 가스와 캐리어 가스가 공급되면, 제 1 원료 가스와 제 2 원료 가스의 반응은 제한될 수 있다. 그러나, 반응 챔버(100) 내부로 먼저 유입된 제 1 원료 가스는 반응 챔버(100) 내부 또는 가스 분배부(300) 내부에서 더 먼 공간까지 확산될 수 있다. 또한, 제 1 원료 가스의 공급이 중단되거나 감소되는 동안 제 1 및 제 2 원료 가스는 반응 챔버(100) 내부 또는 가스 분배부(300) 내부에서 더 먼 공간까지 확산될 수 있다. 따라서, 제 1 원료 가스가 지속적으로 공급될 때보다 제 1 원료 가스는 더 균일하게 반응 챔버(100) 내부로 확산될 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 원료 가스가 반응 챔버(100) 내부에 더 균일하게 확산되어 기판 상에 박막을 형성할 수 있다. 여기서, 제 1 원료 가스의 공급과 중단 또는 감소의 시간 비율은 예를 들어 5:1 내지 1:1로 할 수 있다. 예를 들어, 제 1 원료 가스의 공급 시간을 5초 내지 1초로 하고 중단 시간을 1초로 할 수도 있고, 제 1 원료 가스의 공급 시간을 2.5초 내지 0.5초로 하고 중단 시간을 0.5초로 할 수도 있다. 또한, 제 1 원료 가스의 공급과 중단 또는 감소 사이클(cycle)은 제 1 원료 가스의 공급 시간과 중단 또는 감소 시간, 그리고 박막의 증착 두께 및 제 1 원료 가스의 공급량 등에 따라 조절할 수 있다. 이때, 제 1 원료 가스의 공급 시간이 중단 또는 감소 시간과 비교하여 상대적으로 증가할수록 박막의 증착 속도가 증가하고, 제 1 원료 가스의 공급 시간이 중단 또는 감소 시간과 비교하여 상대적으로 줄어들수록 박막의 증착 속도는 감소될 수 있다. 즉, 제 1 원료 가스의 공급 시간이 증가할수록 공정 시간이 줄어들고, 제 1 원료 가스의 공급 시간이 감소할수록 공정 시간이 증가할 수 있다. 또한, 제 1 원료 가스의 공급 시간이 줄어들수록 박막의 두께 균일성은 증가하게 된다. 그러나, 제 1 원료 가스를 시분할로 공급 및 중단 또는 감소함으로써 박막의 균일성은 종래보다는 증가하게 된다. 또한, 제 1 원료 가스의 공급 시간이 중단 또는 감소 시간보다 길거나 같고, 중단 또는 감소 시간이 길어질수록 박막 증착 시 제 1 원료 가스의 공급량이 감소될 수 있지만, 동일 공정 시간 동안에 증착 속도가 감소될 수 있다. 한편, 제 1 원료 가스의 중단 또는 감소 시간은 공급 시간보다 길지 않은 것이 바람직하다. 즉, 원료 가스의 공급 시간이 중단 또는 감소 시간보다 길거나 같도록 한다. 제 1 원료 가스의 공급 시간보다 중단 또는 감소 시간이 길어지게 되면 예를 들어 원하는 두께로 박막을 증착하기 위해 공정 시간이 길어지게 되고, 제 2 원료 가스가 제 1 원료 가스와 반응하는 시간이 길어져 두께에 따라 박막의 물성이 달라질 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이 캐리어 가스는 제 1 원료 가스와 함께 공급이 중단될 수 있고, 도 5에 도시된 바와 같이 제 1 원로 가스와 함께 공급이 감소될 수도 있다. 즉, 캐리어 가스는 공급과 중단이 반복되는 제 1 원료 가스와 동일한 가스 공급 경로를 통해 반응 챔버(100) 내부로 공급될 수 있다. 예를 들어, 제 1 원료 가스와 캐리어 가스는 반응 챔버(100) 내부로 공급되기 전 동일 가스 공급관(420)에서 만날 수 있다. 즉, 반응 챔버(100)에는 제 1 원료 가스와 캐리어 가스의 혼합 가스와 제 2 원료 가스가 공급될 수 있는데, 제 1 원료 가스와 캐리어 가스의 혼합 가스는 주기적으로 공급을 중단하거나 공급을 감소하여 박막을 형성할 수 있다. 이때, 제 2 원료 가스의 공급은 계속적으로 유지할 수 있다. 제 1 원료 가스와 캐리어 가스의 공급이 일시적으로 중단되거나 감소되고, 제 2 원료 가스의 공급이 계속될 때, 제 1 원료 가스와 제 2 원료 가스의 반응은 제한되거나 감소될 수 있다. 그러나, 반응 챔버(100) 내부로 캐리어 가스와 혼합 가스 형태로 먼저 유입된 제 1 원료 가스는 반응 챔버(100) 내부 또는 가스 분배부(300) 내부에서 더 먼 공간까지 확산될 수 있다. 또한, 제 1 원료 가스와 제 2 원료 가스가 반응 챔버(100) 내부 또는 가스 분배부(300) 내부에서 더 먼 공간까지 확산될 수 있다. 따라서, 제 1 원료 가스와 캐리어 가스의 혼합 가스가 유량의 변화없이 지속적으로 공급될 때보다 제 1 원료 가스는 더 균일하게 반응 챔버(100) 내부로 확산될 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 원료 가스가 반응 챔버(100) 내부에 더 균일하게 확산되어 기판 상에 박막을 형성할 수 있다. 한편, 제 1 원료 가스와 캐리어 가스의 혼합 가스의 일시적인 감소는 혼합 가스를 구성하는 제 1 원료 가스의 공급을 중단하는 것으로 달성할 수도 있고, 제 1 원료 가스의 유량을 감소하는 것으로도 달성할 수 있다. 제 1 원료 가스와 캐리어 가스의 혼합 가스가 일정한 유량으로 공급되다 감소되는 시간 비율은 예를 들어 5:1 내지 1:1로 할 수 있다. 예를 들어, 혼합 가스의 유량을 유지하는 시간을 5초 내지 1초로 하고 감소하는 시간을 1초로 할 수도 있고, 혼합 가스의 유량을 유지하는 시간을 2.5초 내지 0.5초로 하고 감소하는 시간을 0.5초로 할 수도 있다. 혼합 가스의 유량을 유지하는 시간이 유량이 감소되는 시간과 비교하여 상대적으로 증가할수록 박막의 증착 속도가 증가하고, 줄어들수록 박막의 증착 속도는 감소될 수 있다. 그러나, 제 1 원료 가스와 캐리어 가스의 혼합 가스를 시분할로 공급 및 감소시킴으로써 기판 상에 형성되는 박막의 균일성은 종래보다는 증가하게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예들에 따라 형성된 박막은 두께 균일도가 종래보다 향상될 수 있다. 즉, 공정 가스들을 공정이 완료될 때까지 지속적으고 공급하는 종래의 경우 가스 공급관과 인접한 영역에는 다른 영역보다 두껍게 박막이 증착되고, 가스 공급관으로부터 멀어질수록 박막이 얇게 증착된다. 그러나, 적어도 하나의 원료 가스의 공급을 주기적으로 중단하거나 감소시키는 본 발명의 경우 증착되는 두께의 감소가 크지 않으면서 박막의 증착 균일도는 향상시킬 수 있다. 따라서, 공정 가스의 적어도 어느 하나의 공급 및 중단을 반복할 경우 종래에 비해 박막의 두께 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명은 제 1 원료 가스 및 제 2 원료 가스의 적어도 어느 하나의 공급을 조절하고, 플라즈마의 발생을 조절하여 박막을 증착할 때 박막의 막직을 향상시킬 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 원료 가스의 공급 및 중단를 반복하여 박막을 형성한다. 이때, 제 2 원료 가스의 공급의 공급은 계속적으로 유지할 수 있고, 플라즈마 발생부에 의해 반응 챔버 내부에 공정 가스의 플라즈마를 계속적으로 발생시킬 수 있다. 또한, 캐리어 가스도 계속적으로 공급될 수 있고, 제 1 원료 가스와 함께 공급 및 중단을 반복할 수도 있다. 물론, 제 1 원료 가스는 주기적으로 공급량이 감소될 수도 있고, 이때 캐리어 가스도 공급량이 감소할 수도 있다. 이렇게 제 1 및 제 2 원료 가스가 공급되는 동안 소정 두께의 박막이 증착되고, 제 1 원료 가스의 공급이 중단되고 제 2 원료 가스만 공급될 때 증착된 박막이 트리트먼트(treatment)될 수 있다. 예를 들어, SiH4 가스와 N2O 가스가 동시에 공급되어 실리콘 산화막이 형성되고, SiH4 가스의 공급이 중단되고 N2O 가스만 공급되어 실리콘 산화막이 트리트먼트될 수 있다. 즉, SiH4 가스와 N2O 가스가 동시에 공급될 때 Si와 O에 의해 SiO2막이 형성되고 그 내부에 H가 잔류할 수 있는데, N2O 가스만 공급될 때 SiO2막에 잔류하는 H가 O와 반응하여 H2O로 제거될 수 있다. 따라서, 증착되는 박막 내에 잔류하는 불순물을 트리트먼트 공정으로 제거할 수 있고, 그에 따라 박막의 막질을 향상시킬 수 있다. 한편, 제 1 원료 가스의 공급 및 중단의 시간 비율은 예를 들어 5:1 내지 1:1로 할 수 있다. 즉, 제 1 원료 가스의 공급 시간과 중단 시간이 동일할 수 있고, 제 1 원료 가스의 공급 시간이 중단 시간보다 길 수도 있다. 또한, 제 1 원료 가스의 공급 및 중단 사이클(cycle)은 제 1 원료 가스의 공급 시간 및 중단 시간, 그리고 박막의 증착 두께 및 제 1 원료 가스의 공급량 등에 따라 조절할 수 있지만, 예를 들어 10회 내지 120회 정도 반복 실시할 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 원료 가스의 공급 및 중단을 반복하고, 제 1 원료 가스의 공급 시간을 변화시켜 박막을 형성할 수 있다. 이때, 제 2 원료 가스의 공급은 계속적으로 유지하고, 플라즈마는 계속적으로 발생시킬 수 있다. 또한, 캐리어 가스는 제 1 원료 가스와 함께 공급 및 중단을 반복할 수 있고, 계속적으로 공급될 수도 있다. 여기서, 제 1 원료 가스의 공급 및 중단의 시간 비율은 예를 들어 5:1, 3:1 및 1:1로 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 제 1 원료 가스의 공급 시간을 5초, 3초 및 1초로 변화시키고 중단 시간을 1초로 할 수도 있고, 제 1 원료 가스의 공급 시간을 2.5초, 1.5초 및 0.5초로 하고 중단 시간을 0.5초로 할 수도 있다. 이렇게 원료의 공급 시간을 변화시켜 박막을 증착하게 되면 원하는 두께로 박막을 증착할 때까지 공정 시간을 적절하게 유지하면서 두께 균일성을 향상시킬 수 있다. 즉, 제 1 원료 가스의 공급 시간이 증가할수록 원하는 두께로 박막을 증착할 때까지 공정 시간이 줄어들 수 있고, 제 1 원료 가스의 공급 시간이 줄어들수록 박막의 두께 균일성은 증가할 수 있으므로 원료 공급 시간을 변화시켜 공정 시간을 적절하게 유지하면서 두께 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 제 1 원료 가스가 공급되지 않는 동안에 증착된 박막의 트리트먼트가 실시되므로 박막의 막질을 향상시킬 수 있다.
그리고, 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 원료 가스의 공급 및 중단을 반복하고, 제 2 원료 가스의 공급을 유지하며, 플라즈마의 중단 및 발생을 반복하여 박막을 형성할 수도 있다. 즉, 제 1 원료 가스가 공급될 때 플라즈마의 발생을 중단하고, 제 1 원료 가스의 공급이 중단될 때 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 제 1 원료 가스의 공급 시간을 5초 내지 1초로 하고 중단 시간을 1초로 할 수도 있고, 그에 따라 플라즈마의 중단 시간을 5초 내지 1초로 하고 발생 시간을 1초로 할 수도 있다. 이렇게 제 1 원료 가스의 공급 및 중단을 반복함으로써 공정 가스의 공급량을 줄일 수 있고, 박막의 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 제 1 원료 가스가 공급될 때 플라즈마의 발생을 중단하고 제 1 원료 가스의 공급이 중단될 때 제 2 원료 가스의 플라즈마를 발생시켜 증착된 박막을 트리트먼트할 수 있고, 그에 따라 박막의 막질을 향상시킬 수 있다. 이때, 제 1 원료 가스의 공급과 일부 중첩시켜 플라즈마를 발생시킬 수도 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이 제 1 원료 가스의 공급을 중단시키기 이전에 플라즈마를 발생시켜 제 1 원료 가스의 공급이 중단되는 동안에 플라즈마의 발생을 유지하고, 제 1 원료 가스가 공급되고 소정 시간 후에 플라즈마의 발생을 중지할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 원료 가스가 5초 동안 공급되고 5초 동안 중지되는 경우, 플라즈마는 제 1 원료 가스가 중지되기 1초 전에 발생되어 제 1 원료 가스가 중지되는 동안 및 제 1 원료 가스가 공급된 후 1초 동안 발생을 유지할 수 있다. 따라서, 제 1 원료 가스는 5초 공급 및 5초 중단을 반복하고, 플라즈마는 2.5초 중지 및 7초 발생을 반복할 수도 있다.
본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 반응 챔버 200 : 기판 지지대
300 : 가스 분배부 400 : 가스 공급부

Claims (9)

  1. 적어도 하나의 공정 가스를 이용하여 소정의 박막을 제조하는 박막 제조 방법으로서,
    상기 적어도 하나의 공정 가스의 공급을 적어도 1회 이상 중단하거나 감소시켜 박막을 형성하고, 공급 시간이 중단 또는 감소 시간보다 길거나 같은 박막 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 공정 가스의 플라즈마를 발생시키는 박막 제조 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 공정 가스는 적어도 둘 이상의 원료 가스 및 적어도 하나의 캐리어 가스를 포함하는 박막 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 적어도 어느 하나의 원료 가스는 공급과 중단 또는 감소를 반복하고 적어도 다른 하나의 원료 가스는 지속적으로 공급하는 박막 제조 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 캐리어 가스는 상기 적어도 어느 하나의 원료 가스와 함께 중단 또는 감소를 반복하거나, 지속적으로 공급하는 박막 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 원료 가스의 공급 시간과 중단 또는 감소 시간의 비율은 5:1 내지 1:1인 박막 제조 방법.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 공급 시간이 증가할수록 공정 시간이 감소하고, 상기 공급 시간이 감소할수록 박막의 두께 균일성이 증가하는 박막 제조 방법.
  8. 청구항 3에 있어서, 상기 적어도 하나의 원료 가스가 공급될 때 상기 박막이 형성되며, 상기 적어도 하나의 원료 가스의 공급이 중단될 때 상기 박막이 트리트먼트되는 박막 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 적어도 하나의 원료 가스의 공급이 중단될 때 플라즈마를 발생시키는 박막 제조 방법.
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