KR20160097424A - 바이어스를 이용한 원자층 증착법 - Google Patents

바이어스를 이용한 원자층 증착법 Download PDF

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Abstract

원자층 증착법이 제공된다. 상기 원자층 증착법은 챔버 내의 기판 지지대에 제1 바이어스(bias)가 인가된 상태에서, 상기 챔버 내에 소스 가스를 공급하는 단계, 상기 소스 가스를 퍼지(purge)시키는 단계, 상기 기판 지지대에 상기 제1 바이어스와 다른 극성을 갖는 제2 바이어스가 인가된 상태에서, 상기 챔버 내에 반응 가스를 공급하는 단계, 및 상기 반응 가스를 퍼지시키는 단계를 포함한다.

Description

바이어스를 이용한 원자층 증착법{Atomic Layer Deposition using a bias}
본 발명은 원자층 증착법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 바이어스를 이용한 원자층 증착법에 관련된 것이다.
과거, 고성능 및 대용량 위주의 전자 제품의 수요와 달리, 현재는 인간에게 편리함을 제공할 수 있는 인간친화적인 디자인의 전자 제품을 선호하는 추세이다. 이에 따라, 가볍고 휴대가 용한 플렉시블 또는 웨어러블이 가능한 전자 소자에 대한 요구가 증가하고 있다.
이로 인해, 플렉시블 또는 웨어러블이 가능한 전자 소자의 구현을 위해 플렉시블 박막을 제조하기 위한 다양한 기술들이 연구 개발되고 있다. 플렉시블 박막은 일반적으로 고온에서 쉽게 변형이 일어나기 때문에, 박막 증착 시 공정 온도에 제한이 따른다. 이에 따라, 기존 증착법에 비해 공정 온도가 낮은 증착법이 요구되고 있으며, 특히 Atomic Layer Deposition (ALD, 원자층 증착법)이 각광받고 있다.
하지만, 원자층 증착법과 같이, 저온에서 공정이 수행되는 경우, 제조된 박막의 특성, 예를 들어, 채널(channel)층은 결정성이 저하됨에 따라 전하 이동도(carrier mobility)가 저하되는 문제가 있다.
이러한, 문제점을 해결하기 위해, 저온에서, 기판과 소스 가스의 흡착, 및 소스 가스와 반응 가스의 반응성을 향상시키기 위한 다양한 전구체에 대한 개발이 진행되고 있다. 다만, 저온에서 반응하는 전구체는 극히 한정적이며, 개발이 용이하지 않은 단점이 있다.
다른 방법으로, 소스 가스와 반응 가스의 반응성을 향상시키기 위해, 플라즈마를 이용한 반응 가스 사용이 연구되고 있다. 플라즈마는 기존 thermal 방법에 비해 공정 온도를 낮출 수 있으며, 결정성 향상을 유도할 수 있다. 예를 들어, 대한민국 특허 공개 공보 10-2004-0078476 (출원번호 10-2003-0013428, 출원인 삼성전자주식회사)에는, 소스 물질에 대해서 흡착 특성이 좋지 않은 반응물을 플라즈마 상태로 만들어, 반응성을 향상시키는 원자층 증착법이 개시되어 있다. 다만, 플라즈마를 사용할 수 있는 반응물의 종류는 한정적이며, 플라즈마에 의해 기판의 손상이 발생할 수 있는 단점이 있다.
대한민국 특허 공개 공보 10-2004-0078476
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 저온 증착 공정이 가능한 원자층 증착법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 고신뢰성의 박막을 제조하는 원자층 증착법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 박막의 특성을 향상시키는 원자층 증착법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 원자층 증착법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 원자층 증착법은 챔버 내의 기판 지지대에 제1 바이어스(bias)가 인가된 상태에서, 상기 챔버 내에 소스 가스를 공급하는 단계, 상기 소스 가스를 퍼지(purge)시키는 단계, 상기 기판 지지대에 상기 제1 바이어스와 다른 극성을 갖는 제2 바이어스가 인가된 상태에서, 상기 챔버 내에 반응 가스를 공급하는 단계, 및 상기 반응가스를 퍼지시키는 단계가 포함될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 원자층 증착법은 상기 소스 가스를 공급하는 단계 시, 상기 소스 가스의 공급이 완료되기 전, 상기 기판 지지대에 인가되는 상기 제1 바이어스의 공급이 종료되는 것이 포함될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 원자층 증착법은 상기 소스 가스를 퍼지시키는 단계 시, 상기 소스 가스가 퍼지되는 적어도 일부 시간 동안, 상기 제1 바이어스가 상기 기판 지지대에 계속해서 인가되는 것이 포함될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 원자층 증착법은 상기 소스 가스를 퍼지시키는 단계 시, 상기 소스 가스의 퍼지가 완료되기 전, 적어도 일부 시간 동안, 상기 제2 바이어스가 상기 기판 지지대에 인가되는 것을 포함하고, 상기 반응 가스가 공급되는 단계는, 상기 소스 가스가 퍼지되는 단계에서 인가된 상기 제2 바이어스가, 상기 기판 지지대에 계속해서 인가되는 것이 포함될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 원자층 증착법은 상기 반응 가스를 공급하는 단계 시, 상기 반응 가스가 일부 공급된 후, 상기 제2 바이어스가 상기 기판 지지대에 인가되기 시작하는 것이 포함될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 원자층 증착법은 상기 반응 가스를 공급하는 단계 시, 상기 반응 가스의 공급이 완료되기 전, 상기 기판 지지대에 인가되는 상기 제2 바이어스의 공급이 종료되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 원자층 증착법은 상기 반응 가스를 퍼지하는 단계 시, 상기 반응 가스가 퍼지되는 적어도 일부 시간 동안, 상기 제2 바이어스가 상기 기판 지지대에 계속해서 인가되는 것이 포함될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 원자층 증착법은 상기 소스 가스를 퍼지시키는 단계 시, 상기 제1 바이어스를 계속해서 상기 기판 지지대에 인가하는 것을 포함하고, 상기 반응 가스를 퍼지시키는 단계는, 상기 제2 바이어스를 계속해서 상기 기판 지지대에 인가하는 것이 포함될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 원자층 증착 장치를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 원자층 증착 장치는 챔버 내에 배치되어, 기판을 지지하는 기판 지지대, 상기 기판 지지대에 제1 바이어스를 공급하는 제1 바이어스 공급부, 및 상기 기판 지지대에, 상기 제1 바이어스와 다른 극성을 갖는 제2 바이어스를 공급하는, 제2 바이어스 공급부를 포함하되, 상기 제1 바이어스 및 상기 제2 바이어스 중에서 어느 하나가 선택적으로, 또는 상기 제1 바이어스 및 상기 제2 바이어스가 실질적으로 동시에 상기 기판 지지대에 인가되는 것이 포함될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 원자층 증착 장치는 상기 제1 바이어스 및 상기 제2 바이어스 중에서 어느 하나가 선택적으로 상기 기판 지지대에 인가되는 경우, 상기 제1 바이어스 공급부, 상기 제2 바이어스 공급부, 및 상기 기판 지지대와 연결되어, 상기 제1 바이어스 및 상기 제2 바이어스 중에서 어느 하나를 선택하여 상기 기판 지지대에 인가하는 선택 제어부를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 원자층 증착 장치는 상기 제1 바이어스 및 상기 제2 바이어스가 상기 기판 지지대에 동시에 인가되는 경우, 상기 제1 바이어스 및 상기 제2 바이어스는 서로 다른 레벨을 가지고, 상기 제1 바이어스 및 상기 제2 바이어스의 레벨의 차이에 따라서, 상기 기판 지지대에 인가되는 바이어스의 극성이 조절되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 바이어스가 기판 지대에인 인가된 상태에서 소스 가스가 챔버 내로 공급되고, 상기 제1 바이어스와 다른 극성을 갖는 제2 바이어스가 상기 기판 지지대에 인가된 상태에서 반응 가스가 상기 챔버 내로 공급될 수 있다. 이에 따라, 상기 기판과 공급되는 상기 소스 가스 및/또는 상기 반응 가스 사이의 전기적 인력에 의해, 저온에서, 결정성 및 전하 이동도 특성을 향상시킬 수 있는 원자층 증착법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 원자층 증착법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제2 및 제3 실시 예에 따른 원자층 증착법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 원자층 증착법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 원자층 증착법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6는 본 발명의 제6 실시 예에 따른 원자층 증착법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 원자층 증착법을 설명하기 위한 그래프이다. 구체적으로, 도 2의 (a)는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 원자층 증착법을 설명하기 위한 것이고, 도 2의 (b)는 본 발명의 제1 실시 예의 변형 예에 따른 원자층 증착법을 설명하기 위한 것이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 소스 가스는, 기판 지지대에 제 1 바이어스가 인가된 상태에서, 또는 동시에 챔버 내에 공급될 수 있다(S110). 상기 기판 지지대는 기판을 수용하기 위한 지지대로써, 챔버 내에 위치될 수 있다. 상기 기판은 실리콘 반도체 기판, 플라스틱 기판, 유리 기판, 화합물 반도체 기판, 또는 세라믹 기판 중에서 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 제1 실시 예에 따르면, 도 2의 (a)에 도시된 것과 같이, 상기 제1 바이어스의 극성은 (+)일 수 있다. 상기 제1 바이어스는 외부의 별도 바이어스 공급부를 통해 공급되어, 상기 기판 지지대에 상기 제1 바이어스가 직접 인가될 수 있다.
예를 들어, 상기 소스 가스는, 테트라키스-디메실란 티타늄(Tetrakis-Dimethylamino Titani-um, TDMAT), 디클로로실란(DCS), 테트라에톡시실란(TEOS), 데트라메틸실란(TMS), 헥사클로로디실란(HCD), 모노실란(SiH4), 디실란(Si2H6), 헥사메틸디실란(HMDS), 트리클로로실란(TCS), 디실릴아민(DSA), 트리실릴아민(TSA), 비스터셔리부틸아미노실란(4DMAS), 트리스디메틸아미노실란(3DMAS), 테트라키스디메틸아미노실란(4DMAS), 또는 테트라키스-디메실란 티타늄 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 가스 주입 라인을 통해 공급된 상기 소스 가스는, 상기 기판 지지대 상의 가스 분산구를 통해 상기 챔버 내에 실질적으로(substantially) 균일하게 분포될 수 있다.
상기 소스 가스가 퍼지될 수 있다(S120). 상기 소스 가스를 퍼지시키는 단계는, Inert gas flow를 이용하거나, 또는 Pump를 이용한 Evacuation의 방법을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 소스 가스가 퍼지되는 동안, 상기 기판 지지대에 바이어스가 인가되지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 소스 가스가 퍼지되는 동안 상기 기판 지지대는 전기적으로 중립 상태일 수 있다.
상기 기판 지지대에, 상기 제1 바이어스와 다른 극성을 갖는 제2 바이어스가 인가된 상태에서, 반응 가스가 상기 챔버 내에 공급될 수 있다(S130). 상기 제2 바이어스는, 상기 제1 바이어스와 반대의 극성을 가질 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 제1 바이어스가 (+)극성을 갖는 경우, 상기 제2 바이어스는 (-)극성을 가질 수 있다.
가스 주입 라인을 통해 공급된 상기 반응 가스는, 상기 소스 가스의 공급과 동일하게, 상기 기판 지지대 상의 가스 분산구를 통해 상기 챔버 내에 실질적으로 균일하게 분포될 수 있다.
상기 반응 가스가 퍼지될 수 있다(S140). 상기 반응 가스를 퍼지시키는 단계는, 상기 소스 가스를 퍼지시키는 단계와 동일하게, Inert gas flow를 이용하거나, 또는 Pump를 이용한 Evacuation의 방법을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 반응 가스가 퍼지되는 동안, 상기 기판 지지대에 바이어스가 인가되지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 반응 가스가 퍼지되는 동안 상기 기판 지지대는 전기적으로 중립 상태일 수 있다.
상술된 본 발명의 제1 실시 예와 달리, 도 2의 (b)에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제1 실시 예의 변형 예에 따르면, 상기 소스 가스가 상기 챔버 내로 공급되는 동안, 상기 기판 지지대에 인가되는 상기 제1 바이어스는 (-) 극성을 가질 수 있고, 상기 반응 가스가 상기 챔버 내로 공급되는 동안, 상기 기판 지지대에 인가되는 상기 제2 바이어스는 (+) 극성을 가질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 소스 가스 및/또는 상기 반응 가스가 공급되는 동안, 상기 기판 지지대에 바이어스가 인가될 수 있다. 이에 따라, 상기 기판 지지대 상에 배치된 상기 기판과 상기 소스 가스 사이, 및/또는 상기 기판과 상기 반응 가스 사이에 전기적 인력이 작용할 수 있다. 이로 인해, 저온 공정에서, 결정성, 및 전하 이동도가 향상시킬 수 있는 원자층 증착법이 제공될 수 있다.
만약, 상술된 본 발명의 실시 예와 달리, 박막의 결정성 및 전하 이동도를 향상시키기 위해, 플라즈마를 이용하는 경우, 플라즈마에 의해 기판이 손상될 수 있다. 또한, 저온에서 반응성이 높은 전구체를 개발하는 것은 한계가 있다.
하지만, 상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따라, 바이어스를 상기 기판 지지대에 인가한 상태에서, 상기 소스 가스 및 상기 반응 가스를 이용하여 박막을 제조하는 경우, 실질적으로 높은 공정 온도에서 박막을 제조하는 것에 상응하는, 효과가 발생할 수 있다. 이에 따라, 저온 공정에서 고신뢰성을 갖는 박막을 제조할 수 있는 원자층 증착법이 제공될 수 있다.
상술된 본 발명의 제1 실시 예 및 그 변형 예와 달리, 본 발명의 제2 및 제3 실시 예에 따르면, 소스 가스 및/또는 반응 가스가 공급되는 일부 시간 동안 바이어스가 공급되지 않거나, 또는 소스 가스 및/또는 반응 가스가 퍼지되는 일부 시간 동안 바이어스가 공급될 수 있다. 이하, 도 3을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 예 및 제3 실시 예에 따른 원자층 증착법이 설명된다.
도 3은 본 발명의 제2 및 제3 실시 예에 따른 원자층 증착법을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 3의 (a)는 본 발명의 제2 실시 예 및 그 변형 예들에 따른 원자층 증착법을 설명하기 위한 것이고, 도 3의 (b)는 본 발명의 제3 실시 예 및 그 변형 예들에 따른 원자층 증착법을 설명하기 위한 것이다.
도 3의 (a)를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 도 3의 110에 도시된 것과 같이, 상기 소스 가스를 공급하는 단계는, 상기 소스 가스의 공급이 완료되기 전, 상기 기판 지지대에 인가되는 상기 제1 바이어스의 공급이 종료되는 것을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 상기 소스 가스가 상기 챔버 내로 공급되는 중, 상기 기판 지지대에 인가되는 상기 제1 바이어스의 인가가 종료되어, 상기 기판 지지대는 전기적으로 중립 상태가 될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 가스의 공급이 종료되기 일정 시간 전부터 상기 제1 바이어스의 공급이 종료될 수 있고, 상기 소스 가스가 퍼지되는 단계까지 상기 기판 지지대에 바이어스가 인가되지 않을 수 있다.
상술된 본 발명의 제2 실시 예와 달리, 본 발명의 제2 실시 예의 제1 변형 예에 따르면, 도 3(a)의 120에 도시된 것과 같이, 상기 소스 가스를 퍼지시키는 단계는, 상기 소스 가스가 퍼지되는 적어도 일부 시간 동안 상기 제1 바이어스가 상기 기판 지지대에 계속해서 인가되는 것을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 상기 제1 바이어스는, 상기 소스 가스가 퍼지되기 이전 단계인 상기 소스 가스의 공급 단계부터, 상기 소스 가스가 퍼지되기 시작하는 적어도 일부 시간 동안, 계속적으로 인가될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 가스가 퍼지되는 단계에서. 상기 소스 가스를 퍼지하기 시작하는 일부 시간 동안, 상기 소스 가스가 공급되는 단계에서 인가된 상기 제1 바이어스가 계속적으로 인가되고, 상기 소스 가스가 퍼지되는 나머지 시간 동안 상기 기판 지지대에 바이어스가 인가되지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 소스 가스가 퍼지되는 나머지 시간 동안, 상기 기판 지지대는 전기적으로 중립 상태일 수 있다.
상술된 제2 실시 예 및 그 변형 예와 달리, 제2 실시 예의 제2 변형 예에 따르면, 도 3(a)의 130에 도시된 것과 같이, 상기 소스 가스를 퍼지시키는 단계는, 상기 소스 가스의 퍼지가 완료되기 전 적어도 일부 시간 동안, 상기 기판 지지대에 상기 제2 바이어스가 인가되는 것이 포함될 수 있다. 다시 말하면, 상기 소스 가스가 퍼지되는 적어도 일부 시간 동안, 상기 제2 바이어스는, 상기 기판 지지대에 인가되어, 상기 반응 가스가 공급되는 단계까지 계속적으로 인가될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 가스가 퍼지되는 단계에서 상기 소스 가스가 퍼지되기 시작하는 일부 시간 동안 바이어스의 공급이 중단되었다가, 상기 소스 가스의 퍼지가 완료되기 전 일부 시간 동안 상기 제2 바이어스가 인가되고, 상기 제2 바이어스는 상기 반응 가스가 공급되는 단계까지 계속적으로 인가될 수 있다.
상술된 제2 실시 예 및 그 변형 예들과 달리, 제2 실시 예의 제3 변형 예에 따르면, 도 3(a)의 140에 도시된 것과 같이, 상기 반응 가스를 공급하는 단계는, 상기 반응 가스가 일부 공급된 후, 상기 제2 바이어스가 상기 기판 지지대에 인가되기 시작하는 것을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 상기 반응 가스가 공급되기 시작하는 일부 시간 동안 상기 기판 지지대는 전기적으로 중립 상태이고, 상기 반응 가스가 공급되는 나머지 시간 동안 상기 기판 지지대에 상기 제2 바이어스가 인가될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 가스가 퍼지되는 단계에서부터 상기 반응 가스가 공급되는 일부 시간 동안 상기 기판 지지대는 전기적으로 중립 상태이고, 상기 반응 가스가 공급되는 나머지 일부 시간 동안 상기 기판 지지대에 상기 제2 바이어스가 인가될 수 있다.
상술된 제2 실시 예 및 그 변형 예들과 달리, 제2 실시 예의 제4 변형 예에 따르면, 도 3(a)의 150에 도시된 것과 같이, 상기 반응 가스를 공급하는 단계는, 상기 반응 가스의 공급이 완료되기 전 상기 기판 지지대에 인가되는 상기 제2 바이어스의 공급이 중단될 수 있다. 다시 말하면, 상기 반응 가스가 공급되는 일부 시간 동안 상기 기판 지지대에 상기 제2 바이어스가 인가되고, 상기 반응 가스가 공급이 완료되는 나머지 시간 동안, 상기 제2 바이어스의 공급이 중단되어 상기 기판 지지대는 전기적으로 중립 상태일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 반응 가스가 공급되기 시작하는 일부 시간 동안 상기 제2 바이어스가 인가되었다가, 상기 반응 가스의 공급이 완료되기 전 나머지 시간에서부터 상기 반응 가스가 퍼지되는 단계까지, 상기 제2 바이어스의 공급이 계속적으로 중단될 수 있다.
상술된 제2 실시 예 및 그 변형 예들과 달리, 제2 실시 예의 제5 변형 예에 따르면, 도 3(a)의 160에 도시된 것과 같이, 상기 반응 가스를 퍼지하는 단계는, 상기 반응 가스가 퍼지되기 시작하는 적어도 일부 시간 동안, 상기 제2 바이어스가 상기 기판 지지대에 계속해서 인가되는 것을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 상기 제2 바이어스는, 상기 반응 가스가 퍼지되기 이전 단계인 상기 반응 가스의 공급 단계부터, 상기 반응 가스가 퍼지되기 시작하는 적어도 일부 시간 동안 계속적으로 공급되며, 상기 반응 가스가 퍼지되는 나머지 일부 시간 동안, 상기 기판 지지대는 전기적으로 중립 상태가 될 수 있다.
도 3의 (b)를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따르면, 상술된 본 발명의 제2 실시 예와 달리, 상기 소스 가스의 공급 시 (-)극성의 상기 제1 바이어스가 인가되고 상기 반응 가스 공급 시 (+)극성의 상기 제2 바이어스가 인가될 수 있다.
이 경우, 도 3의 (a)를 참조하여 설명된 본 발명의 제2 실시 예, 그 변형 예들과 같이, 소스 가스 및/또는 반응 가스가 공급되는 일부 시간 동안 바이어스가 공급되지 않거나, 또는 소스 가스 및/또는 반응 가스가 퍼지되는 일부 시간 동안 바이어스가 공급될 수 있다. 다시 말하면, 도 3의 (b)의 115, 125, 135, 145, 155, 및 165는, 각각 본 발명의 제3 실시 예, 및 제3 실시 예의 제1 내지 제5 변형 예들에 따른 원자층 증착법의 바이어스 인가 방법 설명하기 위한 것으로, 각각 도 3의 (a)의 110, 120, 130, 140, 150, 및 160을 참조하여 설명된 본 발명의 제2 실시 예, 및 제2 실시 예의 제1 내지 제5 변형 예들에 따른 원자층 증착법의 바이어스 인가 방법에 대응될 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예들과 달리, 본 발명의 제4 실시 예 및 그 변형 예에 따르면, 소스 가스 및/또는 반응 가스가 퍼지되는 동안, 기판 지지대에 바이어스가 인가될 수 있다. 이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 제4 실시 예 및 그 변형 예가 설명된다.
도 4는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 원자층 증착법을 설명하기 위한 그래프이다. 구체적으로, 도 4의 (a)는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 원자층 증착법을 설명하기 위한 것이고, 도 4의 (b)는 본 발명의 제4 실시 예의 변형 예에 따른 원자층 증착법을 설명하기 위한 것이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 따르면, 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, (+) 극성을 갖는 제1 바이어스가 기판 지지대에 인가된 상태에서, 소스 가스가 공급될 수 있다.
상기 소스 가스를 퍼지시키는 단계는, 상기 소스 가스를 공급하는 단계에서 인가한 상기 제1 바이어스를 계속해서 상기 기판 지지대에 인가하는 것을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, (-) 극성을 갖는 제2 바이어스가 상기 기판 지지대에 인가된 상태에서 반응 가스가 공급될 수 있다.
상기 반응 가스를 퍼지시키는 단계는, 상기 반응 가스를 공급하는 단계에서 인가한 상기 제2 바이어스를 계속해서 상기 기판 지지대에 인가하는 것을 포함할 수 있다.
상술된 본 발명의 제4 실시 예와 달리, 도 4의 (b)에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제4 실시 예의 변형 예에 따르면, 상기 소스 가스가 상기 챔버 내로 공급되는 동안, 상기 기판 지지대에 인가되는 상기 제1 바이어스는 (-) 극성을 가질 수 있고, 상기 반응 가스가 상기 챔버 내로 공급되는 동안, 상기 기판 지지대에 인가되는 상기 제2 바이어스는 (+) 극성을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 기판 지지대에 (-) 극성을 갖는 상기 제1 바이어스가 인가된 상태에서 상기 소스 가스가 퍼지되고, 상기 기판 지지대에 (+)극성을 갖는 상기 제2 바이어스가 인가된 상태에서 상기 반응 가스가 퍼지될 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예들과 달리, 본 발명의 제5 실시 예에 따르면, 소스 가스가 공급되는 동안 바이어스가 기판 지지대에 인가되고, 소스 가스가 퍼지되거나, 반응 가스가 공급되거나, 또는 반응 가스가 퍼지되는 단계에서 바이어스가 기판 지지대에 인가되지 않을 수 있다. 이하, 도 5를 참조하여, 본 발명의 제5 실시 예 및 그 변형 예가 설명된다.
도 5는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 원자층 증착법을 설명하기 위한 그래프이다. 구체적으로, 도 5의 (a)는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 원자층 증착법을 설명하기 위한 것이고, 도 5의 (b)는 본 발명의 제5 실시 예의 변형 예에 따른 원자층 증착법을 설명하기 위한 것이다.
도 5의 (a)를 참조하면, 챔버 내의 기판 지지대에 바이어스가 인가된 상태에서 소스 가스가 상기 챔버 내로 공급될 수 있다. 상기 바이어스는 (+)극성을 가질 수 있다.
상기 소스 가스를 퍼지시키는 단계, 상기 반응 가스를 공급하는 단계, 상기 반응 가스를 퍼지시키는 단계에서 상기 기판 지지대에 바이어스가 인가되지 않을 수 있다. 다시 말하면, 상기 소스 가스를 주입하는 단계에서, (+)극성의 상기 바이어스가 인가된 후, 상기 소스 가스를 퍼지시키는 단계에 진입하면, 상기 바이어스의 공급이 종료될 수 있다. 이에 따라, 상기 소스 가스를 퍼지시키는 단계부터, 상기 반응 가스를 주입하는 단계 및 상기 반응 가스를 퍼지시키는 단계까지, 계속적으로 바이어스 공급이 중단될 수 있다.
상술된 본 발명의 제5 실시 예와 달리, 도 5의 (b)에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제5 실시 예의 변형 예에 따르면, 상기 소스 가스가 상기 챔버 내로 공급되는 동안, 상기 기판 지지대에 인가되는 상기 바이어스는 (-) 극성을 가질 수 있고, 상기 소스 가스를 퍼지시키는 단계, 상기 반응 가스를 공급하는 단계, 상기 반응 가스를 퍼지시키는 단계에서의 상기 기판 지지대에 바이어스가 인가되지 않을 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예들과 달리, 본 발명의 제6 실시 예에 따르면, 반응 가스가 공급되는 동안 바이어스가 기판 지지대에 인가되고, 소스 가스가 공급되거나, 소스 가스가 퍼지되거나, 및 반응 가스가 퍼지되는 단계에서 바이어스가 기판 지지대에 인가되지 않을 수 있다. 이하, 도 6을 참조하여, 본 발명의 제6 실시 예 및 그 변형 예가 설명된다.
도 6는 본 발명의 제6 실시 예에 따른 원자층 증착법을 설명하기 위한 그래프이다. 구체적으로, 도 6의 (a)는 본 발명의 제6 실시 예에 따른 원자층 증착법을 설명하기 위한 것이고, 도 6의 (b)는 본 발명의 제6 실시 예의 변형 예에 따른 원자층 증착법을 설명하기 위한 것이다.
도 6의 (a)를 참조하면, 바이어스가 기판 지지대에 인가되지 않은 상태에서, 소스 가스가 챔버 내로 공급되고, 상기 소스 가스가 퍼지될 수 있다.
상기 기판 지지대에 바이어스가 인가된 상태에서 반응 가스가 상기 챔버 내로 공급될 수 있다. 상기 바이어스는 (+) 극성을 가질 수 있고, 상기 기판 지지대에 상기 바이어스가 인가되지 않은 상태에서 상기 반응 가스가 퍼지될 수 있다. 다시 말하면, 상기 소스 가스를 공급하는 단계 및, 상기 소스 가스를 퍼지시키는 단계에서는 바이어스는 공급되지 않고, 상기 반응 가스가 공급되는 시점에 (+) 극성의 상기 바이어스가 인가될 수 있다. 이후, 상기 반응 가스의 공급이 완료될 때까지 상기 바이어스가 계속적으로 인가되고, 상기 반응 가스를 퍼지시키는 단계에 진입 시, 상기 바이어스의 공급이 중단될 수 있다.
상술된 본 발명의 제6 실시 예와 달리, 도 6의 (b)에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제6 실시 예의 변형 예에 따르면, 상기 반응 가스가 상기 챔버 내로 공급되는 동안, 상기 기판 지지대에 인가되는 상기 바이어스는 (-) 극성을 가질 수 있고, 상기 소스 가스가 공급되는 단계, 상기 소스 가스를 퍼지시키는 단계, 및 상기 반응 가스를 퍼지시키는 단계에서 상기 기판 지지대에 상기 바이어스가 인가되지 않을 수 있다.
도 2 내지 도 6에서 상기 소스 가스 및 상기 반응 가스가 공급 및 퍼지되는 단계에서 인가되는 바이어스의 레벨이 일정한 것으로 설명되었으나, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 달리, 상기 소스 가스 및 상기 반응 가스가 공급되거나 퍼지되는 각각의 개별적인 단계에서 인가되는 바이어스의 레벨이 변화될 수 있음은, 당업자에게 자명하다.
상술된 본 발명의 실시 예들에서 공정 단계 별 상기 기판 지지대에 인가되는 바이어스의 특성 변화를 적용한 원자층 증착법을 설명하였다. 이하 상술된 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착법에 따라 상기 기판 지지대에 바이어스를 공급하기 위한, 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치가 설명된다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 원자층 증착 장치는, 챔버 내로 가스를 주입하는 가스 주입 라인(210), 가스가 분사되는 가스 분사구(220), 챔버 내에 배치되어 기판(230)이 배치되는 기판 지지대(240), 제1 바이어스 공급부(250), 제2 바이어스 공급부(260), 및 선택 제어부(270)를 포함할 수 있다.
상기 가스 주입 라인(210)은 외부로부터 공급되는 소스 가스 또는 반응 가스를 상기 챔버 내로 이동시킬 수 있다. 상기 가스 주입 라인(210)을 통해 이동된 상기 소스 가스 및 상기 반응 가스는 상기 가스 분사구(220)에 의해 상기 챔버 내에 분사될 수 있다.
상기 제1 바이어스 공급부(250)는 상기 기판 지지대(240)에 제1 바이어스를 공급할 수 있다. 상기 제2 바이어스 공급부(260)는 상기 기판 지지대(240)에 상기 제1 바이어스와 다른 극성을 갖는 제2 바이어스를 공급할 수 있다.
상기 선택 제어부(270)는 상기 제1 바이어스 공급부(250) 및 상기 제2 바이어스 공급부(260)와 연결되어, 상기 제1 바이어스 및 상기 제2 바이어스 중에서, 어느 하나를 선택하여, 상기 기판 지지대(240)로 공급할 수 있다. 다시 말하면, 상기 선택 제어부(270)는 상기 제1 바이어스 공급부(250) 및 상기 제2 바이어스 공급부(260)와 상기 기판 지지대(240) 사이에 연결되어, 상기 제1 바이어스 및 상기 제2 바이어스 중에서 어느 하나를 상기 기판 지지대(240)에 인가하고, 다른 하나를 차단할 수 있다. 예를 들어, 상기 선택 제어부(270)가 상기 제1 바이어스 공급부(250)의 상기 제1 바이어스 인가를 허용한다면, 상기 기판 지지대(240) 에 상기 제1 바이어스가 인가될 수 있다. 다른 실시 예를 들어, 상기 선택 제어부(270)가 상기 제2 바이어스 공급부(260)의 상기 제2 바이어스 인가를 허용한다면, 상기 기판 지지대(240)에 상기 제2 바이어스가 인가될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제1 바이어스 공급부(250), 상기 제2 바이어스 공급부(260), 및 상기 선택 제어부(270)에 의해, 상기 기판 지지대(240)에 인가되는 바이어스의 극성이 용이하게 변경될 수 있다.
상술된 본 발명의 제1 실시 예에 따른 원자층 증착 장치와 달리, 본 발명의 제2 실시 예에 따르면 상기 제1 및 상기 제2 바이어스가 동시에 기판 지지대에 인가되고, 상기 제1 및 제2 바이어스의 레벨 차이에 따라서 상기 기판 지지대에 인가되는 바이어스의 극성이 조절될 수 있다. 이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 제2 실시 예에 따른 원자층 증착 장치가 설명된다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 원자층 증착 장치는, 챔버 내로 가스를 주입하는 가스 주입 라인(210), 가스가 분사되는 가스 분사구(220), 챔버 내에 배치되어 기판(230)이 배치되는 기판 지지대(240), 제1 바이어스 공급부(250), 및 제2 바이어스 공급부(260)를 포함할 수 있다.
상기 제1 바이어스 공급부(250) 및 상기 제2 바이어스 공급부(260)는 동시에 상기 기판 지지대(240)에 제1 및 제2 바이어스들을 각각 공급할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 바이어스 공급부(250, 260)는 각각 독립적으로 레벨이 조절될 수 있다. 따라서, 상기 제1 및 제2 바이어스들은 서로 다른 극성을 갖는 동시에, 서로 다른 레벨을 가질 수 있으며, 상기 제1 및 제2 바이어스들의 레벨의 차이에 의해, 상기 기판 지지대(240)에 인가되는 바이어스의 극성이 조절될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 바이어스가 +X의 바이어스(X>0)를 공급하고 상기 제2 바이어스가 -Y의 바이어스(0<Y<X)를 공급하는 경우, 상기 기판 지지대(240)에는 X-Y의 레벨을 갖는 (+)극성의 바이어스가 인가될 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 제1 바이어스가 +X의 바이어스(X>0)를 공급하고 상기 제2 바이어스가 -Z의 바이어스(X<Z)를 공급하는 경우, 상기 기판 지지대에는 Z-X의 레벨을 갖는 (-)극성의 바이어스가 인가될 수 있다. 다시 말하면, 상기 기판 지지대(240)에 인가되는 바이어스의 극성은, 상기 제1 바이어스 공급부(250) 및 상기 제2 바이어스 공급부(260)에서 각각 공급되는 상기 제1 바이어스 및 상기 제2 바이어스의 레벨 차이에 따라서 조절될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
210: 가스 주입 라인
220: 가스 분산구
230: 기판
240: 기판 지지대
250: 제1 바이어스 공급부
260: 제2 바이어스 공급부
270: 선택 제어부

Claims (11)

  1. 챔버 내의 기판 지지대에 제1 바이어스(bias)가 인가된 상태에서, 상기 챔버 내에 소스 가스를 공급하는 단계;
    상기 소스 가스를 퍼지(purge)시키는 단계;
    상기 기판 지지대에 상기 제1 바이어스와 다른 극성을 갖는 제2 바이어스가 인가된 상태에서, 상기 챔버 내에 반응 가스를 공급하는 단계; 및
    상기 반응 가스를 퍼지시키는 단계를 포함하는 원자층 증착법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 소스 가스를 공급하는 단계는,
    상기 소스 가스의 공급이 완료되기 전, 상기 기판 지지대에 인가되는 상기 제1 바이어스의 공급이 종료되는 것을 포함하는 원자층 증착법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 소스 가스를 퍼지시키는 단계는,
    상기 소스 가스가 퍼지되는 적어도 일부 시간 동안, 상기 제1 바이어스가 상기 기판 지지대에 계속해서 인가되는 것을 포함하는 원자층 증착법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 소스 가스를 퍼지시키는 단계는,
    상기 소스 가스의 퍼지가 완료되기 전, 적어도 일부 시간 동안, 상기 제2 바이어스가 상기 기판 지지대에 인가되는 것을 포함하고,
    상기 반응 가스가 공급되는 단계는,
    상기 소스 가스가 퍼지되는 단계에서 인가된 상기 제2 바이어스가, 상기 기판 지지대에 계속해서 인가되는 것을 포함하는 원자층 증착법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 반응 가스를 공급하는 단계는,
    상기 반응 가스가 일부 공급된 후, 상기 제2 바이어스가 상기 기판 지지대에 인가되기 시작하는 것을 포함하는 원자층 증착법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 반응 가스를 공급하는 단계는,
    상기 반응 가스의 공급이 완료되기 전, 상기 기판 지지대에 인가되는 상기 제2 바이어스의 공급이 종료되는 것을 포함하는 원자층 증착법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 반응 가스를 퍼지하는 단계는,
    상기 반응 가스가 퍼지되는 적어도 일부 시간 동안, 상기 제2 바이어스가 상기 기판 지지대에 계속해서 인가되는 것을 포함하는 원자층 증착법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 소스 가스를 퍼지시키는 단계는, 상기 제1 바이어스를 계속해서 상기 기판 지지대에 인가하는 것을 포함하고,
    상기 반응 가스를 퍼지시키는 단계는, 상기 제2 바이어스를 계속해서 상기 기판 지지대에 인가하는 것을 포함하는 원자층 증착법.
  9. 챔버 내에 배치되어, 기판을 지지하는 기판지지대;
    상기 기판 지지대에 제1 바이어스를 공급하는 제1 바이어스 공급부; 및
    상기 기판 지지대에 상기 제1 바이어스와 다른 극성을 갖는 제2 바이어스를 공급하는 제2 바이어스 공급부를 포함하되,
    상기 제1 바이어스 및 상기 제2 바이어스 중에서 어느 하나가 선택적으로, 또는 상기 제1 바이어스 및 상기 제2 바이어스가 동시에 상기 기판 지지대에 인가되는 것을 포함하는 원자층 증착 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 바이어스 및 상기 제2 바이어스 중에서 어느 하나가 선택적으로 상기 기판 지지대에 인가되는 경우,
    상기 제1 바이어스 공급부, 상기 제2 바이어스 공급부, 및 상기 기판 지지대와 연결되어, 상기 제1 바이어스 및 상기 제2 바이어스 중에서 어느 하나를 선택하여 상기 기판 지지대에 인가하는 선택 제어부를 더 포함하는 원자층 증착 장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 바이어스 및 상기 제2 바이어스가 상기 기판 지지대에 동시에 인가되는 경우,
    상기 제1 바이어스 및 상기 제2 바이어스는 서로 다른 레벨을 가지고,
    상기 제1 바이어스 및 상기 제2 바이어스의 레벨의 차이에 따라서, 상기 기판 지지대에 인가되는 바이어스의 극성이 조절되는 것을 포함하는 원자층 증착 장치.
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