KR20160042570A - 물리기상증착 장치 및 이를 이용한 상변화 물질의 증착방법 - Google Patents

Abstract

물리기상증착 장치 및 이를 이용한 박막 형성방법에 있어서, 증착대상 기판을 로딩하는 로딩 챔버와 상기판 상에 상변화 물질을 증착하는 증착 챔버를 구비하는 공정챔버, 증착챔버의 상부에 배치되고 플라즈마 상태의 공정가스와 반응하여 상변화 물질의 이온입자를 공급하는 타겟, 증착챔버의 내부로 공급된 공정가스를 플라즈마 상태로 여기하는 플라즈마 발생부, 타겟에 대응하여 증착챔버의 하부에 배치되고 상면에 기판을 고정하며, 기판을 가열하는 히터 및 상변화 물질의 이온입자를 기판으로 유도하는 적어도 하나의 전극을 구비하는 기판 지지부, 및 공정챔버의 내부에 배치되어 기판의 주변부로 복사열을 공급하는 보조열원(supplementary heat source)을 포함한다. 기판의 주변부와 중심부에서 균일한 조성과 두께를 갖는 물질막을 증착할 수 있다.

Description

물리기상증착 장치 및 이를 이용한 상변화 물질의 증착방법{Physical vapor deposition apparatus and method of depositing phase-change materials using the same}

본 발명은 물리기상증착 장치 및 이를 이용한 상변화 물질의 증착방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 플라즈마를 이용하여 상변화 물질을 증착하는 물리기상증착(physical vapor deposition, PVD) 장치 및 이를 이용하여 기판 상에 상변화 물질을 증착하는 방법에 관한 것이다.

소거동작이 불필요하고 프로그래밍 동작이 용이하여 시스템의 단순화에 유리하다는 측면에서 물질의 저항특성을 이용한 차세대 메모리 소자로서 저항성 비휘발성 메모리 소자에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 예를 들면, 상변화 메모리 소자(phase-changeable RAM, PRAM), 저항 메모리 소자(resistive RAM, RRAM) 및 자기 메모리 소자(magnetic RAM, MRAM) 등이 차세대 비휘발성 메모리 소자로서 집중적으로 연구되고 있다. 동적 메모리 장치나 플래시 메모리 장치는 전하(charge)를 이용하여 데이터를 저장하는 반면, 저항성 비휘발성 메모리 소자는 가변 저항체의 저항변화를 이용하여 데이터를 저장한다.

상변화 메모리 소자는 가변 저항체를 구성하는 물질의 결정 상태(crystalline phase)및 비정질 상태(amorphous phase) 사이의 상태 변화에 따라 가변 저항체의 전기저항이 용이하게 변화되는 현상을 이용하여 데이터를 저장하며, 상변화에 따라 전기저항이 변화하여 데이터를 저장하는 메모리 셀로 기능하는 저항부 및 상기 저항부에 저장된 데이터 값을 액세스하는 스위칭 소자로 구성된다.

이때, 상기 상변화 물질은 기화열이 낮은 물질을 플라즈마를 이용한 물리기상증착(physical vapor deposition, PVD) 공정에 의해 기판 상에 증착된다. 일반적으로 높은 증기압과 낮은 기화열을 갖는 게르마늄(Ge), 텔루륨(Te) 및 안티몬(Sb)의 화합물인 GST(또는 Ge-Te-Sb)가 상기 상변화 물질로서 널리 이용된다.

그러나, 종래의 물리기상증착 장치를 이용하여 상변화 물질막을 기판에 증착하는 경우 기판의 중앙부와 주변부의 온도 차이에 의해 상변화 물질의 기화정도가 달라짐으로써 기판의 영역에 따라 상변화 물질막의 두께와 조성이 불균일하게 된다.

본 발명의 목적은 기판의 주변부로 복사열을 제공하는 추가 열원이 구비된 물리기상증착 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 물리기상증착 장치를 이용하여 기판 상에 기화열이 낮은 상변화 물질을 증착하는 방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 물리기상증착 장치는 증착대상 기판을 로딩하는 로딩 챔버와 상기 기판 상에 상변화 물질을 증착하는 증착 챔버를 구비하는 공정챔버, 상기 증착챔버의 상부에 배치되고 플라즈마 상태의 공정가스와 반응하여 상기 상변화 물질의 이온입자를 공급하는 타겟, 상기 증착챔버의 내부로 공급된 상기 공정가스를 상기 플라즈마 상태로 여기하는 플라즈마 발생부, 상기 타겟에 대응하여 상기 증착챔버의 하부에 배치되고 상면에 상기 기판을 고정하며, 상기 기판을 가열하는 히터 및 상기 상변화 물질의 이온입자를 상기 기판으로 유도하는 적어도 하나의 전극을 구비하는 기판 지지부, 및 상기 공정챔버의 내부에 배치되어 상기 기판의 주변부로 복사열을 공급하는 보조열원(supplementary heat source)을 포함한다. 이에 따라, 상기 기판의 중심부와 주변부에서 균일한 두께와 조성을 갖는 상변화 물질막을 형성한다.

일실시예로서, 상기 보조열원은 상기 로딩 챔버의 내부에 배치되어 상기 기판 지지부의 바닥면 주변부로부터 이격되어 배치된다.

일실시예로서, 상기 보조열원은 상기 기판 지지부를 둘러싸도록 링 형상을 갖는 전열 램프(electrical heating lamp)를 포함한다.

일실시예로서, 상기 보조열원은 상기 기판 지지부를 둘러싸도록 링 형상을 갖는 고온 유체공급 튜브를 포함한다.

일실시예로서, 상기 로딩 챔버의 측벽 및 바닥면과 연결되고 상기 로딩 챔버의 내부공간인 제1 공간을 향하여 오목하게 배치되어 상기 보조열원으로부터 발산하는 열이 상기 로딩 챔버의 외부로 소실되는 것을 방지하고 상기 제1 공간의 온도를 상승시키는 열차단 부재를 더 포함한다.

일실시예로서, 상기 보조열원은 상기 증착 챔버의 내부에 배치되어 상기 기판 지지부의 상면 주변부로부터 이격되어 배치된다.

일실시예로서, 상기 보조히터는 상기 기판 지지부를 둘러싸도록 링 형상을 갖는 전열 램프(electrical heating lamp)를 포함한다.

일실시예로서, 상기 증착 챔버의 측벽 및 바닥면과 연결되고 상기 증착 챔버의 내부공간인 제2 공간을 향하도록 오목하게 배치되어 상기 보조열원으로부터 발산하는 열이 상기 증착 챔버의 외부로 소실되는 것을 방지하고 상기 제2 공간의 내부온도를 상승시키는 열차단 부재를 더 포함한다.

일실시예로서, 상기 증착 챔버의 바닥면에 고정되어 상기 기판을 상기 기판 지지부에 고정하는 고정부재를 더 포함하고, 상기 보조열원은 상기 고정부재의 내부에 배치되는 전열기구(electrical heating body)를 포함한다.

일실시예로서, 상기 고정부재는 상기 기판의 주변부를 덮는 링 형상으로 제공되어, 상기 전열기구는 상기 기판의 주변부를 따라 링 형상으로 배치된다.

일실시예로서, 상기 고정부재는 상기 기판을 상기 기판 지지부에 기계적으로 고정한다.

일실시예로서, 상기 상변화 물질은 게르마늄(germanium; Ge), 텔루륨(tellurium; Te), 안티몬(antimony; Sb) 및 이들의 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함한다.

일실시예로서, 상기 물리기상증착 장치는 상기 증착챔버와 연결되어 상기 증착챔버의 내부공간인 제2 공간으로 공정가스를 공급하는 공정가스 공급부, 상기 보조열원으로 열을 공급하는 열 공급부(heat power source), 상기 히터 및 상기 전극으로 전원을 공급하는 전원 공급부(electrical power source), 및 상기 공정가스 공급부, 상기 플라즈마 발생부, 상기 열공급부 및 상기 전원 공급부와 연결되어 상기 공정챔버 내부에서 상기 상변화 물질막을 형성하는 물리기상 증착공정을 제어하는 제어부를 더 포함한다.

일실시예로서, 상기 제어부는 상기 상변화 물질의 물성에 따라 선택적으로 상기 열 공급원을 구동하여, 상기 보조열원은 상기 상변화 물질에 따라 선택적으로 구동된다.

일실시예로서, 상기 제어부는 상기 상변화 물질의 기화열이 200mJ 이하인 경우 상기 보조열원을 구동하고 상기 제2 공간의 내부 온도가 200℃ 내지 500℃를 유지한다.

일실시예로서, 상기 타겟의 상부에 배치되어 상기 증착챔버의 내부 공간에 분포하는 상기 플라즈마의 밀도를 조절하는 자성체(magnet)를 더 포함한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 상변화 물질의 증착방법에 의하면, 상변화 물질을 구비하는 타겟이 배치된 증착챔버의 내부에 기판을 배치하고 물리기상증착 공정을 준비한다. 이어서, 상기 증착챔버의 내부로 공급된 공정가스를 플라즈마 상태로 여기하여, 상기 타겟으로부터 상기 상변화 물질의 이온입자를 생성한다. 상기 상변화 물질의 물성과 상기 증착챔버 내부의 공정조건에 따라 선택적으로 보조열원을 구동하여 상기 기판의 주변부로 선택적으로 복사열을 공급하고, 상기 상변화 물질의 이온입자를 상기 기판으로 유도한다.

일실시예로서, 상기 물리기상증착 공정을 준비하는 단계는, 상기 증착챔버의 하부에 배치된 로딩챔버로 상기 기판을 로딩시켜 히터와 전극을 구비하는 기판 지지부에 상기 기판을 고정하는 단계, 상기 기판이 고정된 상기 기판 지지부를 상기 증착챔버로 상승시켜 증착챔버의 내부공간에 상기 기판을 위치시키는 단계, 상기 히터를 구동하여 상기 기판을 가열하는 단계, 및 상기 증착챔버의 내부압력 및 내부온도를 예비적으로 조절하는 단계를 포함한다.

일실시예로서, 상기 복사열을 공급하는 단계는 상기 기판 지지부를 둘러싸는 링 타입의 열원을 구동하여 주울열을 발생하는 단계를 포함한다.

일실시예로서, 상기 복사열을 공급하는 단계는 상기 기판 지지부를 둘러싸는 링 타입의 튜브로 고온의 유체를 공급하는 단계를 포함한다.

본 발명의 물리기상증착 장치 및 이를 이용한 상변화물질의 증착방법에 의하면, 증착공정이 진행되는 동안 증착물질의 기화열이 작고 증착온도가 높은 경우 기판의 주변부로 복사열을 추가적으로 공급하여 기판의 주변부와 중앙부의 온도편차에 의한 증착량이 변화를 최소화할 수 있다. 이에 따라, 기판의 주변부와 중앙부에서 증착되는 막질의 두께와 조성을 균일하게 형성할 수 있다. 뿐만 아니라, 보조열원에 의해 증착챔버 내부의 온도를 적절하게 조절함으로써 증착되는 물질의 증발량을 조절할 수 있다. 이에 따라, 기판 상에 증착되는 박막의 조성과 두께를 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 물리기상증착 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 기판 지지부를 상세하게 나타내는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 의한 보조열원을 나타내는 단면도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 보조열원을 나타내는 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3b에 도시된 보조열원의 변형례를 나타내는 도면이다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 보조열원을 나타내는 단면도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 보조열원을 나타내는 평면도이다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 보조열원을 나타내는 단면도이다.
도 6b는 도 6a에 도시된 보조열원을 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 도 1에 도시된 물리기상증착장치를 이용하여 기판 상에 상변화 물질막을 형성하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 도 7에 도시된 물리기상증착 공정을 준비하는 단계를 나타내는 흐름도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.

본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.

즉, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 물리기상증착 장치를 나타내는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 물리기상증착 장치(1000)는 기판(w) 상에 상변화 물질을 증착하는 공정챔버(100), 상기 상변화 물질의 이온입자를 공급하는 타겟(200), 플라즈마 상태의 공정가스를 생성하는 플라즈마 발생부(300), 증착공정이 진행되는 동안 상기 기판(w)을 고정하는 기판 지지부(400) 및 증착공정이 진행되는 동안 선택적으로 기판의 주변부로 복사열을 공급하는 보조열원(600)을 포함한다.

상기 공정챔버(100)는 상변화 물질에 대한 증착공정이 진행되는 동안 외부로부터 밀폐되고 고온 고압의 상태로 유지된다. 본 실시예의 경우, 상기 공정챔버(100)는 증착공정이 수행되는 증착 챔버(120) 및 상기 증착챔버(120)와 연통되도록 증착챔버(120)의 하부에 배치되고 증착대상 기판(w)이 로딩되는 로딩 챔버(140)를 구비한다. 상기 로딩 챔버(140)는 물리기상증착 장치(1000)의 하우징과 일체로 제공된다.

상기 증착챔버(120)는 소정의 크기를 갖는 제2 공간(S2)을 한정하는 측벽과 바닥면으로 구성되고 바닥면에는 하부의 로딩 챔버(140)와 연통하는 챔버 연통 개구(122)가 배치된다. 상기 챔버 연통 개구(122)를 통하여 상기기판(w)을 지지하는 기판 지지부(400)가 증착챔버(120)와 로딩챔버(140) 사이에서 이동한다.

증착챔버(120)의 상부는 상변화 물질을 구비하는 타겟(200)과 공정가스를 플라즈마 상태로 여기(exciting)하는 플라즈마 발생부(300)가 배치된다. 따라서, 상기 제2 공간(S2)은 측벽 및 상기 챔버 연통 개구(122)를 구비하는 바닥면과 상기 타겟 및/또는 플라즈마 발생부(300)에 의해 한정된다.

상기 증착챔버(120)의 측부에는 상기 제2 공간(S2)으로 공정가스를 공급하는 공정가스 공급부(810)가 배치된다. 가스 저장탱크(T)에 저장된 공정가스는 공급관로(811)와 공급밸브(812)를 통하여 상기 제2 공간(S2)으로 공급되고, 후술하는 플라즈마 발생부(300)에 의해 인가되는 전력에 의해 플라즈마 상태로 여기된다.

또한, 도시되지는 않았지만, 상기 증착챔버(120)의 측벽에는 펌프와 결합된 배기관(도시되지 않음)이 배치된다. 펌프에 의해 증착챔버(120)의 내부는 공정에 적합한 압력으로 유지되고 증착챔버(120)의 내부에서 발생되는 공정부산물은 배기관을 통해 외부로 배출될 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 증착챔버(120)는 증착공정이 진행되는 동안 약 13mTorr 내지 75mTorr, 바람직하게는 약 40mTorr 내지 75mTorr의 압력으로 유지될 수 있다.

상기 로딩 챔버(140)는 제1 공간(S1)을 한정하는 벽체와 바닥면을 구비하고 상부는 챔버 연통 개구(122)를 구비하는 증착챔버(120)의 바닥면에 의해 한정된다. 로딩 챔버(140)의 벽체와 바닥면은 상기 공정챔버(100)의 외곽을 한정하는 하우징으로 기능한다.

로딩 챔버(140)의 측벽은 부분적으로 개구되어 증착대상 기판을 로딩하는 게이트(142)가 제공되고 바닥면은 후술하는 기판 지지부(400)의 회전축(420)가 관통하도록 관통 개구를 구비한다.

이에 따라, 증착챔버(120)는 공정챔버(100)의 하우징에 의해 한정되는 내부 공간의 상부에 배치되어 외부와 충분히 밀폐되어 물리기상증착 공정이 진행되고 로딩 챔버(140)는 증착 챔버(120)의 하부에 배치되는 공정챔버(100) 하우징의 하부로서 증착대상 기판(w)을 수용하여 증착공정을 준비한다.

상기 타겟(target, 200)은 증착챔버(120)의 상부에 배치되어 제2 공간(S2)을 한정하고 공정가스의 플라즈마와 반응하여 증착물질의 이온입자를 생성한다. 본 실시예의 경우, 상기 증착물질은 기화열이 낮은 상변화 물질을 포함한다. 예를 들면, 상기 타겟(200)은 게르마늄(germanium, Ge), 텔루륨(tellurium, Te) 및 안티몬(antimony, Sb)을 함유하는 화합물(compound)로 이루어진다. 그러나, 상변화 물질뿐만 아니라 기화열이 낮은 물질을 플라즈마를 이용하여 기판에 증착하는 경우라면 상술한 바와 같은 상변화 물질뿐만 아니라 다양한 종류의 증착물질이 상기 타겟(200)에 제공될 수 있음은 자명하다. 타겟(200)은 기판(W)과 유사한 크기 및 형상을 가지며 기판 지지부(400)에 놓여진 웨이퍼(W)와 대향되도록 배치된다.

상기 타겟(200)은 증착챔버(120)로 공급된 공정가스를 플라즈마 상태로 여기하는 플라즈마 발생부(300)와 연결된다. 상기 플라즈마 발생부(300)는 타겟(200)에 고주파 교류전력을 인가하는 제1 전력 공급부(320)와 직류전력을 인가하는 제2 전력 공급부(340)를 구비한다. 상기 제1 전력 공급부(320)에 인가된 플라즈마 임피던스는 정합기(matching device, 560)에 의해 전송로 임피던스(transmission path impedance)로 정합되어 상기 타겟(200)과 연결된 상부전극(미도시)으로 공급된다. 예를 들면, 상기 제1 전력 공급부(320)는 약 60MHz 내지 100MHz의 주파수를 갖고 약 5KW 내지 10KW의 고주파 전력을 공급하고, 상기 제2 전력 공급부(340)는 약 6KW 내지 12KW의 직류전력을 공급할 수 있다.예를 들면, 상기 공정 가스는 헬륨이나 아르곤과 같은 불활성 기체를 포함한다.

상기 공정가스의 플라즈마는 상기 타겟(200)으로부터 증착물질을 이온입자의 형태로 분리한다. 분리된 이온입자는 후술하는 기판 지지부의 내부에 배치된 하부전극(E)으로 유도되어 기판(w)에 증착된다.

상기 기판 지지부(400)는 상하로 수직 이동되고 회전 가능하게 구성된다. 상기 로드 챔버(140)의 대기 위치에 기판 지지부(400)가 위치하면, 게이트(142)를 통하여 증착대상 기판(w)이 로딩되어 상면에 고정된다. 기판이 고정되면, 상기 기판 지지부(400)는 상방으로 이동하여 증착챔버(120)의 내부로 수직 상승한다. 증착챔버(120)의 내부에서 증착공정이 완료되면, 기판 지지부(400)는 하강하여 대기 위치에 위치하고 증착이 완료된 기판은 상기 게이트(142)를 통하여 외부로 언로딩된다.

도 2는 도 1에 도시된 기판 지지부를 상세하게 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 상기 기판 지지부(400)는 상기 기판(w)이 고정되는 고정판(410), 상기 고정판(410)과 연결되어 상기 고정판을 이동하고 회전시키는 연결축(420) 및 상기 연결축(40)을 구동하는 구동부(430)를 포함한다.

상기 고정판(410)은 상기 기판(w)과 접촉하는 제1 평판(412), 상기 하부전극(E)이 배치되는 제2 평판(414) 및 상기 히터(H)가 배치된 제3 평판(418)을 포함한다. 선택적으로, 상기 제2 평판(414)과 제3 평판(416) 사이에 배치되어 상기 히터(H)로부터 발생한 열을 효과적으로 기판(W)으로 전달하기 위한 시트 구조물(416)을 더 구비할 수 있다.

제1 평판(412)의 표면에는 다수의 홈(412a)이 배치되어 상기 제2 공간(S2)으로 공급된 공정가스 및 반응 부산물을 제거할 수 있는 배출경로(discharge path)로 제공된다. 상기 홈(412a)으로 수집된 공정가스 및 반응 부산물은 배출관(440)을 통하여 상기 공정챔버(100)의 외부로 배출된다. 선택적으로, 상기 배출가스는 재생기(R)에 의해 정화되어 상기 가스 저장탱크(T)로 재공급될 수 있다.

상기 히터(H)는 제3 평판(418)의 내부에 일정한 간격으로 배치되어 증착공정이 진행되는 동안 제1 평판(412) 상에 고정된 기판이 일정한 온도를 유지하도록 열을 제공한다. 예를 들면, 상기 히터(H)는 코일형상의 열선을 구비하여 주울열이 기판으로 제공될 수 있다.

이때, 상기 제3 평판(418)의 주변부에 배치된 히터에서 발산되는 열은 상기 기판 지지부(400)의 측부를 통하여 상기 제2 공간(S2)으로 발산되어 중심부에 배치된 히터로부터 발생된 열과 비교하여 기판(w)을 가열하는 열량이 상대적으로 작아지게 된다. 이에 따라, 상기 기판(w)은 중심부 온도는 높고 주변부 온도는 낮게 형성된다.

기판의 중심부와 주변부의 온도편차가 발생하는 경우, 기화열이 낮은 증착물질을 높은 온도에서 증착하게 되면, 증착물질의 기화정도(degree of vaporization)가 기판의 중심부와 주변부에서 상이하게 되므로 증착되는 막질의 조성과 두께가 불균일하게 형성된다.

그러나, 후술하는 바와 같이, 증착온도와 비교하여 기화열이 낮은 증착물질을 증착하는 경우 상기 기판의 주변부를 둘러싸는 보조열원(600)을 통하여 기판(w)의 주변부로 추가적인 복사열을 제공함으로써 기판의 표면온도 산포를 균일하게 유지함으로써 증착물질의 기화도를 균일하게 조정할 수 있다. 이에 따라, 기화열이 작은 증착물질을 고온에서 증착한다 할지라도 기판의 표면에 균일한 박막을 형성할 수 있다.

상기 하부전극(E)은 타겟(200)으로부터 방출된 증착물질의 이온입자들을 기판(W)과 수직한 방향으로 유도한다. 예를 들면, 상기 하부전극(E)은 상기 제2 평판(514)의 내부에 매립된 적어도 하나의 전극을 포함하고, 상기 플라즈마 발생부(300)에 구비된 상부전극과 서로 대향하도록 배치된다. 이에 따라, 상기 이온입자는 상부전극과 하부전극 사이에 형성되는 전기장에 의해 기판(w)의 표면으로 유도된다.

이때, 상기 이온입자들이 기판(w)의 표면을 향하여 수직하게 입사될 수 있도록 상기 타겟(200)의 상부에 자성체(500)를 더 배치할 수 있다. 상기 자성체(500)는 디스크 형상을 갖고 제1 극성을 갖고 중심부에 배치되는 제1 자성체(520)와 제1 극성과 다른 제2 극성을 갖고 주변부에 배치되어 제1 자성체(520)를 둘러싸는 제2 자성체(540)를 구비한다. 공정이 진행되는 동안, 상기 자성체(500)는 디스크의 중심축을 중심으로 일정한 각속도로 회전함으로써 자기장의 영역을 주기적으로 변경한다.

이에 따라, 자성체(500)에 의해 형성되는 자기장은 기판(w)의 주변부보다는 타겟(200)의 주변부에서 밀도가 높게 형성되어 상기 이온 입자들이 기판(w)에 수직하게 입사하여 증착 균일도를 높일 수 있다. 또한, 상기 자성체(500)의 회전에 의해 상기 이온입자들을 생성하는 타겟(200)의 부식을 균일하게 수행할 수 있다.

타겟(200)으로부터 생성된 증착물질의 이온입자들은 상부전극 및 하부전극(E) 사이에 형성되는 전기장에 의해 상기 기판(E)으로 유도되어 기판(w)의 상면에 증착된다.

종횡비가 큰 개구 또는 리세스를 구비하는 구조물이 상기 기판(w) 상에 형성되고, 물리기상증착 공정에 의해 상기 개구나 리세스를 매립하는 경우 매립(gap-fill) 특성을 높이기 위해 상기 물리기상증착 공정은 충분히 높은 온도에서 수행된다. 상기 히터(H)로 기판(w)을 가열하여 공정온도를 높이게 되면 상술한 바와 같이 기판(w)의 중앙부와 주변부의 온도편차도 함께 증가한다. 이에 따라, 증착되는 기화열의 정도에 따라 기판의 중앙부와 주변부에서 기화정도(휘발정도)가 서로 상이하게 되어 기판 상에 형성되는 박막의 조성과 두께에 차이를 유발한다.

특히, 게르마늄(germanium; Ge), 텔루륨(tellurium; Te), 안티몬(antimony; Sb)로 구성되는 다층막을 이용하여 상변화 메모리 소자의 데이터 저장부를 형성하는 경우, 매립 특성을 개선하기 위해 증착온도를 높이는 경우 상기 구성물질들의 낮은 기화열로 인하여 기판의 중심부와 주변부에서 데이터 저장부를 구성하는 박막의 두께와 조성의 산포가 크게 발생한다.

기판의 주변부와 중심부에서의 상변화 물질막의 균일도를 높일 수 있도록 기판의 주변부로 복사열을 추가적으로 공급하는 보조열원(610)이 배치된다. 이때, 상기 보조열원(610)은 상기 공정챔버(100)의 내부에서 다양하게 배치될 수 있다. 상기 로딩 챔버(140)의 내부에 배치되어 기판 지지부(400)의 하부에서 기판(w) 주변부를 가열할 수도 있고, 상기 증착챔버(120)의 내부에 배치되어 기판 지지부(400)의 상부에서 기판 주변부를 가열할 수도 있다.

도 3a는 본 발명의 일실시예에 의한 보조열원을 나타내는 단면도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 보조열원을 나타내는 평면도이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상기 보조열원(610)은 상기 로딩 챔버(140)의 내부에 배치되어 상기 기판 지지부(400)의 바닥면 주변부로부터 이격되어 배치된다. 예를 들면, 상기 보조열원(610)은 상기 기판 지지부(400)를 둘러싸도록 링 형상을 갖는 전열 램프(electrical heating lamp)를 포함한다. 이와 달리, 상기 보조열원(610)은 상기 기판 지지부(400)를 둘러싸는 링 형상을 갖는 고온 유체공급 튜브(fluid flow tube)로 제공될 수 있다.

상기 보조열원(610)은 기판 지지부(400)의 하부에서 기판의 주변부를 따라 배치되므로 상기 보조열원(610)으로부터 공급되는 열은 복사에 의해 상기 기판(w)의 주변부로 전달된다. 특히, 상기 보조열원(610)은 기판 지지부(400)의 주변부로부터 일정한 거리만큼 이격되어 제3 평판(412)의 하부에 배치된다. 예를 들면, 상기 보조열원은 제3 평판(418)의 에지라인으로부터 수평방향으로 약 5-10cm 정도로 이격된 후 상기 제3 평판(418)의 하부에 배치된다. 이에 따라, 상기 보조열원에 의해 상기 기판 지지부(400)를 가열하는 것이 아니라 복사에 의해 기판(w)의 주변부를 직접 가열하게 된다. 뿐만 아니라, 상기 증착 챔버(120)의 측벽 및 바닥면을 가열함으로써 제2 공간(S2)의 내부온도를 상승시켜 간접적으로 기판 주변부의 온도를 상승시키는 효과도 달성할 수 있다.

선택적으로, 상기 로드 챔버(140)의 내측벽 및 바닥면을 따라 배치되고 상기 제1 공간(S1)을 향하여 오목하게 배치되는 열차단 부재(620)가 더 배치될 수 있다. 상기 보조열원(610)에서 생성되는 열은 사방으로 방사되므로 기판 지지부(400)를 향하여 방사될 뿐만 아니라 로드 챔버(140)의 내측벽 및 바닥면 방향으로도 방사된다. 로드 챔버(140)의 내측면 및 바닥면으로 방사되는 열은 로드 챔버(140)의 외부로 손실되어 상기 기판(w)을 가열하는 열원으로 기능할 수 없게 된다. 이에 따라, 로드 챔버(140)의 내측면 바닥면을 따라 열차단 부재(620)를 배치하여 외부로 열이 손실되는 것을 방지한다.

특히, 열차단 부재(620)의 방사면을 상기 기판(w)을 향하도록 오목하게 형성함으로써 상기 제1 공간(S1)의 전체 온도를 효율적으로 상승시킬 수 있다. 이때, 상기 게이트(142)에 대응하는 관통 홀(621)이 배치되어 기판(w)의 로딩 및 언로딩시 상기 기판(w)이 열차단 부재(620)를 관통할 수 있다.

상기 보조열원(610)은 다양한 형상으로 변형될 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 도 3b에 도시된 보조열원의 변형례를 나타내는 도면이다.

도 4a에 도시된 바와 같이 상기 보조열원(610)은 상기 기판 지지부(400)를 둘러싸는 보조 척(610b)과 상기 보조척(610b)의 내부에 매립된 전열 히터(610b)로 구성될 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(w)이 로딩 및 언로딩되는 과정에서 발생하는 외란으로부터 전열히터(610b)를 보호하여 보조열원을 안정적으로 배치할 수 있다.

이와 달리, 도 4b에 도시된 바와 같이 상기 보조열원(610)은 상기 기판 지지부(400) 주변을 웨이브 형태로 둘러싸는 굴곡 전열라인(610b)으로 형성할 수도 있다. 상기 제2 공간(S2)에 배치되는 구조물들의 특성과 구조에 의해 기판 지지부(400)로부터 일정한 거리만큼 이격되는 전열선을 배치하는 것이 용이하지 않은 경우 내부 구조물들과의 간섭을 방지할 수 있도록 웨이브 형상의 굴곡 전열라인(610b)으로 배치할 수도 있다. 이때, 상기 굴곡 전열라인(610b)의 만곡부를 상기 기판 지지부(400)로부터 약 5-10cm 이격되도록 배치한다.

도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 보조열원을 나타내는 단면도이고, 도 5b는 도 5a에 도시된 보조열원을 나타내는 평면도이다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 보조열원(610)은 상기 증착 챔버(120)의 내부에 배치되어 상기 기판 지지부(400)의 상면 주변부로부터 이격되어 배치된다.

이때, 상기 보조열원(610)은 상기 기판 지지부(400)의 제1 평판(412)를 둘러싸는 링 형상의 전열 램프를 포함한다. 상기 전열램프(610)는 증착챔버(120)의 바닥면 상에 배치될 수도 있고 바닥면 및 측벽으로부터 이격되어 상기 제2 공간(S2)에 배치될 수도 있다. 상기 전열램프(610)는 제1 평판(412)으로부터 약 5-10cm 이격되어 상기 제1 평판(412)을 둘러싸도록 배치되므로 상기 전열램프(610)로부터 방사되는 열은 제1 평판(412)을 직접 가열하는 것이 아니라 복사에 의해 상기 기판(w)의 주변부 온도를 상승시키게 된다. 이에 따라, 기판의 주변부와 중심부의 온도편차를 줄일 수 있다.

본 실시예의 경우, 상기 증착챔버(120)의 내부에 배치되는 보조열원(610)은 전열램프만을 개시하고 있지만, 증착챔버의 공정조건에서 고온의 유체를 전송할 수 있는 튜브를 구성할 수 있다면 유체 공급튜브도 배치할 수 있음은 자명하다.

또한, 로드 챔버(140)에서와 마찬가지로 상기 증착챔버(120)의 내측면 및 바닥면을 따라 열차단 부재(620)가 선택적으로 구비될 수 있다. 상기 열차단 부재(620)는 증착 챔버(120)의 측벽 및 바닥면과 연결되고 상기 제2 공간(S2)을 향하도록 오목하게 배치되어 상기 보조열원(610)으로부터 발산하는 열이 상기 증착 챔버(120)의 외부로 소실되는 것을 방지하고 상기 제2 공간(S2)의 내부온도를 상승시킨다.

특히, 제2 공간(S2)의 전체적인 내부온도를 상승시키는 경우, 기판에 증착되는 과정에서 증발된 증착물질이 증착챔버(120)의 상부 측벽에 증착되는 것을 방지할 수 있다.

종래의 PVD 장치에 의하면, 기판이 고정되는 제1 평판(412)에는 상기 히터(H)로부터 지속적으로 열이 공급되므로 증착챔버(120)의 하부는 상부와 비교하여 상대적으로 높은 온도를 유지한다. 따라서, 기화열이 낮은 상변화 물질이 기판 주변에서 증발하는 경우, 상대적으로 온도가 낮은 증착챔버의 상부에서 증발된 증착물질이 석출되거나 플라즈마에 의한 반응 부산물이 측벽에 증착될 수 있다.

그러나, 본 발명에 의한 PVD 장치에 의하면, 보조열원(610)과 열차단 부재(620)에 의해 상기 제2 공간(S2)의 전체적인 내부온도가 상승하므로 증발된 상변화 물질이나 반응 부산물이 증착챔버의 상부측벽에 증착되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 상기 PVD 장치의 수선과 교체주기를 증가시킴으로써 장비의 유지비용을 낮출 수 있다.

도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 보조열원을 나타내는 단면도이고, 도 6b는 도 6a에 도시된 보조열원을 나타내는 평면도이다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 상기 증착챔버(120)의 바닥면에 고정되어 상기 기판(w)을 상기 기판 지지부(400)에 고정하는 고정부재(700)를 더 포함하고, 상기 보조열원(610)은 상기 고정부재(700)의 내부에 배치되는 전열기구(electrical heating body)를 포함할 수 있다.

상기 고정부재(700)는 증착공정이 진행되는 동안 기판(W)이 기판 지지부(400)로부터 이탈되지 않도록 기판(W)을 고정한다. 이때, 상기 고정부재(700)는 기계적으로 기판(w)을 제1 평판(412)에 고정한다. 예를 들면, 상기 고정부재(700)는 증착챔버(120)의 바닥면에 고정되고 타단은 기판(w)의 상면과 접촉하는 디스크 형상으로 제공된다. 이에 따라, 고정부재(700)에 의해 기판(w)으로 인가되는 기계적 외력에 의해 제1 평판(412)과 기판(w)을 고정한다. 상기 기계적 외력은 고정부재(700) 자체의 탄성력이나 일정한 힘으로 인가되는 압축력일 수 있다.

이때, 상기 보조열원(610)은 상기 고정부재(700)의 내부에 매립되어 상기 기판(w)의 둘레를 링 형상으로 둘러싸도록 배치된다. 예를 들면, 상기 보조열원(610)은 상기 제1 평판(412)으로부터 약 5-10cm 이격된 채 제1 평판(412)의 주변부를 따라 배치될 수 있다. 이에 따라, 증착챔버(120) 내부의 증착공정 환경으로부터 상기 보조열원(610)을 보호할 수 있다.

상기 공정챔버(100)의 주변부에는 상기 보조열원(610)으로 열을 공급하는 열 공급부(820) 및 상기 히터(H)와 하부전극(E)으로 전원을 공급하는 전원 공급부(830)가 배치된다.

상기 열 공급부(820)는 상기 보조열원(610)과 전기적 또는 기계적 방법으로 연결되어 상기 보조열원으로 열을 공급한다. 예를 들면, 상기 열 공급부(820)는 전열라인으로 전원을 공급하는 전원이나 유체공급 튜브로 고온의 유체를 공급하는 고온유체 저장부로 구성될 수 있다.

상기 전원 공급부(830)는 상기 히터(H)를 가열하기 위한 직류전원이나 상기 하부전극(E)에 RF 전력을 공급하기 위한 교류전원을 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 전원 공급부(830)는 약 13.56MHz의 주파수로 1KW의 전력을 공급할 수 있다.

상기 공정가스 공급부(810), 상기 플라즈마 발생부(300), 상기 열공급부(820)원 및 상기 전원 공급부(830)와 연결되어 상기 공정챔버(100) 내부에서 상기 상변화 물질막을 형성하는 물리기상 증착공정을 제어하는 제어부(900)를 더 구비한다.

상기 기판 지지부(400)로의 기판(w) 로딩 및 언로딩, 히터(H) 구동에 의한 기판의 가열 및 플라즈마의 생성, 상부전극과 하부전극 사이에 전기장 및 자기장의 설정 및 상변화 물질 이온입자의 기판으로의 유도는 상기 제어부(900)에 의해 제어되어 상기 기판(w) 상에 상변화 물질막이 형성된다.

이때, 증착되는 상기 상변화 물질의 기화열이 일정한 설정값 이하로 판단되면, 상기 제어부(900)는 열공급부(820)를 구동하여 상기 보조열원(610)을 통하여 복사열을 공급한다. 이에 따라, 상기 기판(w)의 주변부와 중심부의 온도편차에 의해 상변화 물질의 증착두께가 달라지는 것을 방지함으로써 기판(w)의 상면에 형성되는 상변화 물질막의 조성과 두께의 편차를 줄이고 균일도를 높일 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 보조열원(610)을 통하여 공급하는 복사열의 양을 조절함으로써 제2 공간(S2)의 내부온도를 제어할 수 있다. 제2 공간(S2)의 내부온도가 높을 경우 상변화 물질의 기화를 촉진하여 기판에 형성되는 상변화 물질막의 두께를 줄일 수 있고, 내부온도를 일정온도 이하로 억제하는 경우 상변화 물질의 기화를 억제함으로써 기판에 형성되는 상변화 물질막의 두께를 증가시킬 수 있다.

또한, 특정한 물질의 기화열을 중심으로 상기 제2 공간(S2)의 내부온도를 조절함으로써 특정물질의 증착량을 높이거나 낮출 수 있다. 이에 따라, 기판(w)에 증착되는 상변화 물질막의 조성을 제어할 수도 있다.

본 실시예의 경우, 상기 제어부(900)는 상기 상변화 물질의 기화열이 약 200mJ 이하인 경우에 상기 보조열원(610)을 구동하여 상기 제2 공간(S2)의 내부온도를 약 200℃ 내지 약 500℃로 유지한다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 도 1에 도시된 물리기상증착장치를 이용하여 기판 상에 상변화 물질막을 형성하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 도 7에 도시된 물리기상증착 공정을 준비하는 단계를 나타내는 흐름도이다.

도 1, 도 7 및 도 8을 참조하면, 상변화 물질을 구비하는 타겟(200)이 배치된 증착챔버(120)의 내부에 기판(w)을 배치하고 물리기상증착 공정을 준비한다(단계 S100).

예를 들면, 상기 증착챔버(120)의 하부에 배치된 로딩챔버(140)로 상기 기판(w)을 로딩시켜 히터(H)와 전극(E)을 구비하는 기판 지지부(400)에 상기 기판(w)을 고정한다(단계 S110).

로봇 암과 같은 이송수단을 이용하여 풉(미도시)으로부터 증착대상 기판을 반출하고 상기 게이트(142)를 통하여 제1 평판(412)의 상면에 위치시킨다.

이어서, 상기 기판(w)이 고정된 상기 기판 지지부(400)를 상기 증착챔버(120)로 상승시켜 제 공간(S2)에 상기 기판(w)을 위치시킨다(단계 S120). 상기 구동부(430)에 의해 회전축(420)을 상승시켜 상기 고정판(410)을 증착챔버(120)의 내부공간인 제2 공간(S2)에 배치하고, 상기 회전축(420)을 회전시켜 기판을 정렬시킨다. 이어서, 상기 고정부(700)를 이용하여 기판(w)을 고정판(410)에 고정한다.

이어서, 상기 히터(H)를 구동하여 상기 기판(w)을 가열(단계 S130)하고, 상기 증착챔버(120)의 내부압력 및 내부온도를 상변화 물질의 증착조건에 따라 예비적으로 조절한다(S140).

예를 들면, 증착 챔버(120)에 구비된 펌프를 구동하여 공정압력으로 미리 설정하고 공정가스를 플라즈마 반응을 준비할 수 있는 온도로 상기 제2 공간(S2)의 내부온도를 설정할 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 증착챔버(120)는 증착공정이 진행되는 동안 약 13mTorr 내지 75mTorr의 압력으로 유지될 수 있도록 조절된다.

이어서, 상기 증착챔버(120)의 내부로 공급된 공정가스를 플라즈마 상태로 여기하여, 상기 타겟(200)으로부터 상기 상변화 물질의 이온입자를 생성한다(단계 S200). 상기 플라즈마 발생부(300)를 구동하여 고주파 전력을 공급하여 제2 공간(S2)으로 공급된 공정가스를 플라즈마 상태로 여기한다. 플라즈마 상태의 공정가스는 상변화 물질을 구비하는 상기 타겟(200)으로부터 상변화 물질을 이온입자의 형태로 분리한다. 이때, 상기 자성체(500)도 함께 구동하여 상기 타겟(200)의 주변부에 충분한 세기의 자기장을 형성하여 생성된 이온입자들이 타겟(200)의 주변부에 집중적으로 분포하도록 조절한다. 또한, 상기 자성체(500)를 회전시킴으로써 상변화 물질의 이온입자들이 타겟(200)의 모든 영역으로부터 균일하게 생성될 수 있도록 한다.

이때, 상기 상변화 물질의 물성과 상기 증착챔버(120) 내부의 공정조건에 따라 선택적으로 보조열원(610)을 구동하여 상기 기판(w)의 주변부로 선택적인 복사열을 공급하고(단계 S300), 상기 상부전극과 하부전극(E) 사이에 전기장을 형성하여 상기 상변화 물질의 이온입자를 상기 기판(w)으로 유도한다(단계 S400).

예를 들면, 상기 상변화 물질막이 게르마늄(Ge)-안티몬(Sb)-텔루륨(Te) 복합막(GST 막)인 경우, 게르마늄(Ge)과 텔루륨(Te)의 기화열이 안티몬(Sb)과 비교하여 상대적으로 낮으므로 기판의 주변부와 중심부의 온도편차가 발생할 경우 게르마늄(Ge)과 텔루륨(Te)의 증착량이 기판의 주변부와 중심부에서 상이할 수 있다. 이에 따라, 기판의 주변부에 형성되는 GST 막과 중심부에 형성되는 GST막의 조성과 두께가 상이할 수 있다.

한편, 상변화 메모리 소자의 집적도가 증가함에 따라 상변화 메모리 소자의 게이트 전극으로 이용되는 상기 GST 막이 형성되는 홀(hole)의 종횡비도 증가하고 이에 따라 GST 막의 매립특성을 높이기 위하여 고온에서 증착공정이 수행되는 경우가 증가하고 있다.

이에 따라, 상변화 메모리 소자의 게이트 전극을 형성하는 경우, 상기 상변화 물질의 낮은 기화열과 상대적으로 높은 증착온도에 의해 기판의 주변부에 형성되는 칩의 게이트 전극과 주변부에 형성되는 게이트 전극의 조성과 두께가 상이하게 형성될 수 있다.

상기 제어부(900)는 증착되는 물질의 기화열이 설정값 이하이고 증착챔버(120)의 공정온도가 설정온도 이상인 경우, 상기 보조열원(610)을 구동하여 기판의 주변부로 추가적인 복사열을 공급한다. 이에 따라, 기판의 주변부와 중심부의 온도편차를 줄이고 주변부와 중심부에 증착되는 물질의 증착량을 균일하게 유지할 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 보조열원(610)을 통하여 공급하는 복사열의 양을 조절함으로써 제2 공간(S2)의 내부온도를 제어하고 이에 따라 상기 GST 막의 조성과 두께를 조절할 수도 있다.

본 실시예의 경우, 상기 제어부(900)는 상기 상변화 물질의 기화열이 약 200mJ 이하인 경우에 상기 보조열원(610)을 구동하여 상기 제2 공간(S2)의 내부온도를 약 200℃ 내지 약 500℃로 유지한다. 그러나, 증착되는 물질의 기화열의 편차에 따라 적정한 값으로 보조열원의 구동 기준값을 설정할 수 있음은 자명하다.

이때, 상기 보조열원(610)이 전열라인으로 구성되는 경우에는 상기 열 공급부(820)의 전원을 선택적으로 온/오프 시킴으로써 보조열원의 구동을 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 기판 지지부(400)를 둘러싸는 링 타입의 보조열원(610)은 주울열을 발생할 수 있다.

이와 달리, 상기 보조열원(610)이 고온 유체공급 튜브로 구성되는 경우에는 상기 열 공급부(820)의 유량 제어밸브를 선택적으로 개폐시킴으로써 보조열원의 구동을 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 기판 지지부(400)를 둘러싸는 링 타입의 보조열원(610)은 상기 튜브로 공급된 고온유체에 저장된 열을 발생할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 의한 물리기상증착장치 및 이를 이용한 상변화 물질막의 증착방법에 의하면, 증착공정이 진행되는 동안 증착물질의 기화열이 작고 증착온도가 높은 경우 기판의 주변부로 복사열을 추가적으로 공급하여 기판의 주변부와 중앙부의 온도편차에 의한 증착량이 변화를 최소화할 수 있다. 이에 따라, 기판의 주변부와 중앙부에서 증착되는 막질의 두께와 조성을 균일하게 형성할 수 있다.

뿐만 아니라, 보조열원에 의해 증착챔버 내부의 온도를 적절하게 조절함으로써 증착되는 물질의 증발량을 조절할 수 있다. 이에 따라, 기판 상에 증착되는 박막의 조성과 두께를 제어할 수 있다.

특히, 챔버의 내부공간으로의 열손실에 의해 기판 주변부의 온도는 중심부와 비교하여 낮게 형성되는 경우, 박막을 형성하는 과정에서 갭필 특성이 열악하게 되어 기판의 주변부에서 보이드가 발생하는 경우가 빈번하지만, 본 발명에 의한 PVD 장치는 기판의 주변부로 추가적인 복사열을 공급함으로써 기판 주변부의 온도를 충분히 상승시킬 수 있다. 이에 따라, 기판 주변부에서의 갭필특성도 현저하게 향상할 수 있다.

본 발명은 기화열이 낮은 상변화 물질을 물리기상증착공정으로 반도체 기판 상에 증착하는 PVD 장치를 개시하고 있지만, 기화열이 낮은 물질을 충분히 높은 온도에서 플라즈마 상태에서 이온입자를 충돌시켜 박막을 이용한다면 다양한 박막 형성장치에 응용될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

1. 증착대상 기판을 로딩하는 로딩 챔버와 상기 기판 상에 상변화 물질을 증착하는 증착 챔버를 구비하는 공정챔버;
   상기 증착챔버의 상부에 배치되고 플라즈마 상태의 공정가스와 반응하여 상기 상변화 물질의 이온입자를 공급하는 타겟;
   상기 증착챔버의 내부로 공급된 상기 공정가스를 상기 플라즈마 상태로 여기하는 플라즈마 발생부;
   상기 타겟에 대응하여 상기 증착챔버의 하부에 배치되고 상면에 상기 기판을 고정하며, 상기 기판을 가열하는 히터 및 상기 상변화 물질의 이온입자를 상기 기판으로 유도하는 적어도 하나의 전극을 구비하는 기판 지지부; 및
   상기 공정챔버의 내부에 배치되어 상기 기판의 주변부로 복사열을 공급하는 보조열원(supplementary heat source)을 포함하여 상기 기판 상에 상변화 물질막을 형성하는 물리기상증착(physical vapor deposition, PVD) 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 보조열원은 상기 로딩 챔버의 내부에 배치되어 상기 기판 지지부의 바닥면 주변부로부터 이격되어 배치되는 물리기상증착 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 보조열원은 상기 기판 지지부를 둘러싸도록 링 형상을 갖는 전열 램프(electrical heating lamp)를 포함하는 물리기상증착 장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 로딩 챔버의 측벽 및 바닥면과 연결되고 상기 로딩 챔버의 내부공간인 제1 공간을 향하여 오목하게 배치되어 상기 보조열원으로부터 발산하는 열이 상기 로딩 챔버의 외부로 소실되는 것을 방지하고 상기 제1 공간의 온도를 상승시키는 열차단 부재를 더 포함하는 물리기상증착 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 보조열원은 상기 증착 챔버의 내부에 배치되어 상기 기판 지지부의 상면 주변부로부터 이격되어 배치되는 물리기상증착 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 보조히터는 상기 기판 지지부를 둘러싸도록 링 형상을 갖는 전열 램프(electrical heating lamp)를 포함하는 물리기상증착 장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 증착 챔버의 측벽 및 바닥면과 연결되고 상기 증착 챔버의 내부공간인 제2 공간을 향하도록 오목하게 배치되어 상기 보조열원으로부터 발산하는 열이 상기 증착 챔버의 외부로 소실되는 것을 방지하고 상기 제2 공간의 내부온도를 상승시키는 열차단 부재를 더 포함하는 물리기상증착 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 증착 챔버의 바닥면에 고정되어 상기 기판을 상기 기판 지지부에 고정하는 고정부재를 더 포함하고, 상기 보조열원은 상기 고정부재의 내부에 배치되는 전열기구(electrical heating body)를 포함하는 물리기상증착 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 상변화 물질은 게르마늄(germanium; Ge), 텔루륨(tellurium; Te), 안티몬(antimony; Sb) 및 이들의 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 물리기상증착 장치.
10. 상변화 물질을 구비하는 타겟이 배치된 증착챔버의 내부에 기판을 배치하고 물리기상증착 공정을 준비하는 단계;
    상기 증착챔버의 내부로 공급된 공정가스를 플라즈마 상태로 여기하여, 상기 타겟으로부터 상기 상변화 물질의 이온입자를 생성하는 단계;
    상기 상변화 물질의 물성과 상기 증착챔버 내부의 공정조건에 따라 선택적으로 보조열원을 구동하여 상기 기판의 주변부로 선택적으로 복사열을 공급하는 단계; 및
    상기 상변화 물질의 이온입자를 상기 기판으로 유도하는 단계를 포함하는 상변화 물질막의 형성방법.

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