KR20180006224A - 원자층 증착 장치 및 방법 - Google Patents

원자층 증착 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20180006224A
KR20180006224A KR1020160087113A KR20160087113A KR20180006224A KR 20180006224 A KR20180006224 A KR 20180006224A KR 1020160087113 A KR1020160087113 A KR 1020160087113A KR 20160087113 A KR20160087113 A KR 20160087113A KR 20180006224 A KR20180006224 A KR 20180006224A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
precursor
reactor
reaction
atomic layer
Prior art date
Application number
KR1020160087113A
Other languages
English (en)
Inventor
정인권
Original Assignee
정인권
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 정인권 filed Critical 정인권
Priority to KR1020160087113A priority Critical patent/KR20180006224A/ko
Publication of KR20180006224A publication Critical patent/KR20180006224A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/0228—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition deposition by cyclic CVD, e.g. ALD, ALE, pulsed CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28158—Making the insulator
    • H01L21/28167—Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation
    • H01L21/28194—Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation by deposition, e.g. evaporation, ALD, CVD, sputtering, laser deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6835—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using temporarily an auxiliary support

Abstract

본 발명은 두 가지의 화합물, 예를 들면 산화알루미늄과 산화아연을 연속적으로 증착하는 원자층 증착 방법 및 장치를 제공한다. 기판은 반응기에 대하여 왕복 이동하며, 제1 이동 단계에서 알루미늄 반응층이, 제2 이동 단계에서 산소 반응층이, 제3 이동 단계에서 아연 반응층이, 제4 이동 단계에서 산소 반응층이 증착된다. 또한 본 발명은 4 가지 성분의 화합물, 예를 들면 LiPON 화합물을 연속적으로 증착하는 원자층 증착 방법 침 장치를 제공한다. 기판은 반응기에 대하여 왕복 이동하며, 제1 이동 단계에서 Li 반응층이, 제2 이동 단계에서 산소 반응층이, 제3 이동 단계에서 P 반응층이, 제4 이동 단계에서 질소 반응층이 증착된다.

Description

원자층 증착 장치 및 방법{ATOMIC LAYER DEPOSITION APPARATUS AND METHODS}
본 발명은 박막 증착 장비에 관한 것으로, 더 구체적으로는 기판 상에 원자층을 증착시키는 원자층 증착 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
원자층 증착은 반도체 웨이퍼 상에 박막을 증착하는 방법으로 널리 이용되고 있으며, OLED 디스플레이 봉지용 Al2O3 (산화 알루미늄) 박막 증착, 투명전극용 그래핀 기판의 입계 물성 보강용 ZnO (산화 아연) 박막 증착, 리튬이온전지의 고체전해질 LiPON (산화 질화 리튬 인) 박막 증착 등으로 확대 적용되고 있다. 통상의 원자층 증착 과정은 그 한 사이클이 다음과 같이 4개의 단계로 구성된다.
제1 단계에서는 원료 전구체(source precursor), 예를 들면 TMA(trimethyl-aluminum)를 기판 상으로 분사한다. 원료 전구체는 기판의 표면과 반응하여 기판 표면을 제1 반응층으로 코팅한다. 제2 단계인 퍼지 가스 분사 단계에서는 질소 등의 불활성 가스를 기판으로 분사하여 기판 표면에 물리적으로 흡착되어 있는 원료 전구체를 제거한다. 제3 단계에서는 반응 전구체(reactant precursor), 예를 들면 H2O를 기판 상으로 분사한다. 반응 전구체는 제1 반응층과 반응하여 기판 표면을 제2 반응층으로 코팅한다. 제4 단계인 퍼지 가스 분사 단계에서는 불활성 가스를 기판으로 분사하여 기판 표면에 물리적으로 흡착되어 있는 반응 전구체를 제거한다. 이러한 사이클을 거침으로써 제1 반응층과 제2 반응층으로 구성되는 단층의 박막, 예를 들면 Al2O3 박막을 기판 상에 증착하게 된다. 원하는 두께의 박막을 얻기 위해서는 상기 사이클을 반복한다.
원자층 증착 방법에 의한 박막 증착 속도는 상기 4 단계로 구성되는 사이클의 소요 시간에 의하여 결정되는데, 원료 전구체, 퍼지 가스, 반응 전구체 및 퍼지 가스 공급이 순차적으로 진행되어야 하므로 박막 증착 속도가 느린 단점이 있다.
도 1을 참조하여 또 다른 원자층 증착 방법인 공간분할방식이 설명된다. 도 1은 공간분할방식에 의한 원자층 증착 장치의 단면도이다. 공간분할방식에서는 도 1에 도시된 바와 같이 기판 (50)을 여러 개의 반응기 (800)를 가로질러서 이동시킨다. 각각의 반응기(800)에는 원료 전구체 분사구(91), 배기구(92), 퍼지 가스 분사구(93), 배기구(94), 반응 전구체 분사구(95)가 구비된다. 기판(5)을 반응기(800)를 가로질러 통과시키면 기판(50)이 원료전구체, 퍼지 가스, 반응전구체에 순차적으로 노출되면서 기판(50) 상에 제1 반응층 및 제2 반응층이 순차적으로 코팅된다. 원료전구체로 TMA를, 반응전구체로 산소플라즈마를 사용하는 경우, 기판이 하나의 반응기(800)를 가로질러 이동하면 하나의 Al2O3 원자층이 기판 상에 증착된다. 이 방법은 원료전구체, 반응전구체 및 퍼지가스가 동시에 기판(50) 상으로 분사되므로 상기 4 단계로 구성되는 원자층 증착 방식에 비하여 생산성이 높다는 점이다.
그러나 상기 공간분할방식은 원료전구체와 반응전구체 가스들이 기판(50)을 향하여 동시에 분사되므로 이들이 확산되어 서로 섞이게 되면 이들 간의 직접 반응에 의하여 파티클이 발생되는 문제가 있다. 이러한 가스 확산을 방지하려면 기판과 반응기(20) 간의 간격을 최소로 유지하는 것이 중요하다. 그러나 기판(50)의 크기 및 이동 거리가 큰 점을 감안하면 간격을 최소로 유지하는 것이 용이하지 않다.
도 2를 참조하여, 공간분할방식으로 Al2O3 및 ZnO의 조합 등과 같이 두 가지의 화합물을 연속으로 증착하기 위해서는 Al2O3 증착용 제1 반응기(800a)와 ZnO 증착용 제2 반응기(800b)가 필요하다. 도 2는 제1 및 제2 반응기(800a 및 800b)를 포함하는 원자층 증착 장치의 단면도이다. 제1 반응기(800a)는 TMA 분사구(91), 배기구(92), 퍼지 가스 분사구(93), 배기구(94) 및 산소 플라즈마 분사구(95)를 구비해야 하며, 제2 반응기(800b)는 Zn를 포함하는 원료 전구체, 예를 들면 DEZ (Diethyl Zinc)를 분사하는 분사구(91), 배기구(92), 퍼지 가스 분사구(93), 배기구(94) 및 산소 플라즈마 분사구(95)를 구비해야 한다. 제1 반응기(800a)와 제2 반응기(800b)로부터 TMA, DEZ 및 산소 플라즈마가 동시에 기판 상으로 분사되므로, 이들이 확산되어 섞이는 것을 방지하는 것은 더욱 어려워진다.
도 1과 2를 참조하여, LiPON 등과 같은 4 가지 성분의 화합물을 공간분할방식으로 증착하기 위해서는 Li을 증착하고 이를 산화시키기 위한 제1 반응기(800a)와 P를 증착하고 이를 질화시키기 위한 제2 반응기(800b)가 필요하다. 제1 반응기(8200a)는 Li 원료 전구체를 분사하는 분사구(91), 배기구(92), 퍼지 가스 분사구(93), 배기구(94) 및 산소플라즈마 분사구(95)를 구비해야 하며, 제2 반응기(800b)는 P 원료 전구체를 분사하는 분사구(91), 배기구(92), 퍼지 가스 분사구(93), 배기구(94) 및 질소 플라즈마 분사구(95)를 구비해야 한다. 제1 반응기(800a)와 제2 반응기(800b)로부터 Li 원료전구체, 산소 플라즈마, P 원료전구체, 질소 플라즈마가 동시에 기판 상으로 분사되므로, 이들 4 가지의 원료 전구체 및 반응 전구체가 섞이는 것을 방지하는 것은 더욱 어려워진다.
이상과 같이 공간분할 방식의 원자층 증착에서는 원료 전구체와 반응 전구체가 서로 섞이지 않도록 고안된 원자층 증착 장치 및 방법을 필요로 한다.
본 발명이 해결하려는 과제는 이러한 관점에서, 화합물 두 가지를 하나의 공정 챔버 내에서 기판 상에 연속적으로 증착하기 위한 원자층 증착 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 이러한 관점에서, 네 가지 성분의 화합물을 하나의 공정 챔버 내에서 기판 상에 연속적으로 증착하기 위한 원자층 증착 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 기판 및 반응기 중 적어도 하나를 왕복 이동시키면서 기판 표면에 제1 내지 제4 반응층을 형성시킨다. 제1 이동 단계에서는 기판 표면에 제1 물질을 공급하여 제1 반응층을 형성시키며, 제2 이동 단계에서는 기판 표면에 제2 물질을 공급하여 제2 반응층을 형성시키며, 제3 이동 단계에서는 기판 표면에 제3 물질을 공급하여 제3 반응층을 형성시키며, 제4 이동 단계에서는 기판 표면에 제4 물질을 공급하여 제4 반응층을 형성시킨다. 제4 물질은 제2 물질과 동일할 수도 있다. 기판 또는 반응기가 어느 일방향으로 이동하는 동안에는 상기 제1 내지 제4 물질 중 어느 하나만이 기판 상으로 공급된다.
본 발명에 따르면, 반응전구체 및 두 종류의 원료전구체를 서로 섞이지 않도록 기판 표면에 공급하면서 기판 상에 두 종류 이상의 화합물을 증착할 수 있다.
본 발명에 따르면, 두 종류의 원료전구체 및 두 종류의 반응전구체를 서로 섞이지 않도록 기판 표면에 공급하면서 기판 상에 4 성분계의 화합물을 증착할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 원자층 증착 장치의 측면도.
도 2는 종래 기술에 따른 원자층 증착 장치의 평면도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치의 단면도.
도 4 내지 11은 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 방법을 나타내는 단면도.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 방법의 흐름도.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치의 단면도.
도 14 내지 21은 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 방법을 나타내는 단면도.
도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 방법의 흐름도.
도 23 및 24는 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치(200)의 단면도이다. 원자층 증착 장치(200)는 반응 챔버(100) 및 적어도 하나의 반응기(120)를 포함한다. 기판 지지대(55)는 제1 방향(80) 및 제2 방향(82)을 따라 제1 위치 및 제2 위치 사이를 왕복 이동하도록 구성된다. 기판 지지대(55) 대신에 반응기(120)가 왕복 이동하도록 구성될 수도 있다. 기판 지지대(55)와 반응기(120)가 모두 왕복 이동하도록 구성될 수도 있다.
상기 반응기(120)는 제1 원료전구체 분사구(10), 제1 반응전구체 분사구(20), 제2 원료전구체 분사구(30), 제1 배기구(60) 및 제2 배기구(62)를 포함한다. 제1 배기구(60)는 제1 원료전구체 분사구(10)와 제1 반응전구체 분사구(20) 사이에 배치되며, 제2 배기구(62)는 제2 원료전구체 분사구(30)와 제1 반응전구체 분사구(20) 사이에 배치된다.
제1 원료전구체(12)는 제1 원료전구체 분사구(10)을 통하여 기판(50) 상으로 분사되며, 제1 반응전구체(22)는 제1 반응전구체 분사구(20)를 통하여 기판(50) 상으로 분사되며, 제2 원료전구체(32)는 제2 원료전구체 분사구(30)을 통하여 기판(50) 상으로 분사된다. 분사된 제1 원료전구체(12), 제1 반응전구체(22) 및 제2 원료전구체(32)는 이웃하는 배기구들(60 및 62)를 통하여 배기된다. 제1 반응전구체 분사구(20)로는 산소, 질소, 알곤 등을 분사하여 퍼지 가스로 사용할 수도 있다.
제1 반응전구체(22)로는 산소 플라즈마와 H2O가 사용될 수 있다. 산소 플라즈마를 사용하는 경우에는, 반응기(120) 내의 제1 반응전구체 분사구(20)에 플라즈마 발생을 위한 플라즈마 전극 봉 (25)이 삽입될 수 있다. 이 경우에는 산소 가스(23)를 제1 반응전구체 분사구(20)로 주입하고 전극 봉(25)과 그 주변의 반응기 벽 사이에 교류 또는 직류 전류 전압을 걸어줌으로써 주입된 산소 가스(23)를 산소 플라즈마(22) 상태로 변환시켜 기판(50) 상으로 분사할 수 있다. 플라즈마 상태로 변환시키지 않으면 주입된 산소 가스(23)는 기판(50)을 퍼지시키는 퍼지 가스로 사용될 수도 있다.
상기 원자층 증착 장치(200)는 기판(50)이 어느 일방향으로 이동하는 동안에는 제1 원료전구체(12), 제1 반응전구체(22), 제2 원료전구체(32) 중의 어느 하나만을 기판(50) 상으로 분사하도록 구성된다. 제1 원료전구체(12) 및 제2 원료전구체(32)가 분사되는 동안에는 산소 가스(23)를 플라즈마(22)로 변환시키지 않고 그대로 기판(50)으로 분사하여 퍼지 가스로 사용할 수 있다.
한 실시예에 따르면 제1 원료전구체 분사구(10)와 제1 반응전구체 분사구(20) 사이에는 퍼지 가스 분사구가 더 배치될 수 있다. 제2 원료전구체 분사구(30)와 제1 반응전구체 분사구(20) 사이에도 퍼지 가스 분사구가 배치될 수 있다. 퍼지 가스로는 산소, 질소, 알곤 등이 사용될 수 있다. 퍼지 가스는 제1 원료전구체(12), 제1 반응전구체(22), 제2 원료전구체(32) 중의 어느 하나라도 기판(50) 상으로 분사되는 동안에 같이 분사될 수 있다.
도4 내지 11을 참조하여, 원자층 증착 장치(200)를 이용하여 기판(50) 상에 산화알루미늄과 산화아연 박막을 연속적으로 증착하는 방법의 실시예는 다음의 단계를 포함한다. 도4 내지 11은 원자층 증착 장치(200)의 단면도들이다. 제1 원료전구체(12)로는 TMA가, 제1 반응전구체(22)로는 산소 플라즈마가, 제2 원료전구체(32)로는 DEZ가 사용될 수 있다.
(1) 도 4에서와 같이, 기판(50)을 제1 위치(52)에 배치하는 기판 배치 제1 단계(300),
(2) 도 4에서와 같이, 반응기(120)의 제1 원료전구체 분사구(10) 및 제1 반응전구체 분사구(20)을 통하여 각각 TMA(12) 및 산소가스(23)를 기판(50) 상으로 분사하고 배기시키는 가스 분사 제1 단계 (310),
(3) 도 5에서와 같이, 기판(50)을 제1 이동 방향(80)을 따라 제2 위치(54)로 이동시키면서 기판(50)을 TMA 가스(12) 및 산소 가스(23)에 노출시킴으로써 기판(50) 상에 알루미늄 반응층을 생성시키고 기판(50 표면을 퍼지시키는 기판 이동 제1 단계 (320),
(4) 도 6에서와 같이, 기판(50)을 제2 위치(54)에 배치하는 기판 배치 제2 단계(330),
(5) 도 6에서와 같이 TMA(12)의 공급은 차단하고, 전극 봉(25)에 전압을 인가하여 제1 반응전구체 분사구(20)로 주입된 산소 가스(23)를 산소 플라즈마(22)로 변환시켜서 기판(50)상으로 분사하는 가스 분사 제2 단계(340),
(6) 도 7에서와 같이, 기판(50)을 제2이동 방향(82)을 따라 제1 위치(52)로 이동시키면서 기판(50)을 산소 플라즈마(22)에 노출시킴으로써 기판(50) 상에 산소 반응층을 생성시키는 기판 이동 제2 단계(350),
(7) 도 7에서와 같이, 기판(50)을 제1 위치(52)에 배치하는 기판 배치 제3 단계(360),
(8) 도 8에서와 같이, 제2 원료전구체 분사구(30) 및 제1 반응전구체 분사구(20)을 통하여 각각 DEZ(32) 및 산소가스(23)를 기판(50) 상으로 분사하고 배기시키는 가스 분사 제3 단계 (370),
(9) 도 9에서와 같이, 기판(50)을 제1 이동 방향(80)을 따라 제2 위치(54)로 이동시키면서 기판(50)을 DEZ 가스(12)에 노출시킴으로써 기판(50) 상에 아연 반응층을 생성시키고 퍼지시키는 기판 이동 제3 단계(380),
(101) 도 10에서와 같이, 기판(50)을 제2 위치(54)에 배치하는 기판 배치 제4 단계(390),
(11) 도 10에서와 같이 DEZ(32)의 공급은 차단하고, 전극 봉(25)에 전압을 가하여 제1 반응전구체 분사구(20)로 분사되는 산소 가스(23)를 산소 플라즈마(22)로 변환시켜 기판(50)상으로 분사하는 가스 분사 제4 단계(400), 및
(12) 도 11에서와 같이, 기판(50)을 제2이동 방향(82)을 따라 제2 위치(54)로 이동시키면서 기판(50)을 산소 플라즈마(22)에 노출시킴으로써 기판(50) 상에 산소 반응층을 생성시키는 기판 이동 제4 단계(410).
도 12의 공정 흐름도를 참조하여, 원자층 증착 장치(200)를 이용하여 기판(50) 상에 원하는 두께의 산화알루미늄과 원하는 두께의 산화아연 박막을 연속적으로 증착하는 것도 가능하다. 먼저 원하는 두께의 산화알루미늄 원자층을 증착하기 위해서는 기판 배치 제1 단계(300) 내지 기판 이동 제2 단계(350)를 원하는 회수 만큼 반복(500)하여 진행한다. 이어서 원하는 두께의 산화아연 원자층을 증착하기 위해서는 기판 배치 제3 단계(360) 내지 기판 이동 제4 단계(410)를 원하는 회수 만큼 반복(510)하여 진행한다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치(210)의 단면도이다. 원자층 증착 장치(210)에서는 원자층 증착 장치(200)과 유사하며 적어도 하나의 반응기(124)가 사용된다.
상기 반응기(124)는 도3에 도시된 반응기(120)에 제2 반응전구체 분사구(40)를 추가하여 구성할 수 있다. 제2 원료전구체 분사구(30)와 제2 반응전구체 분사구(40) 사이에 제3 배기구(64)가 추가될 수 있다.
제2 반응전구체(42)로는 질소 플라즈마가 사용될 수 있다. 질소 플라즈마를 사용하는 경우에는, 반응기(124) 내의 제2 반응전구체 분사구(40)에 플라즈마 발생을 위한 플라즈마 전극 봉 (25)이 삽입될 수 있다. 이 경우에는 질소 가스(43)를 제2 반응전구체 분사구(40)로 주입하고 전극 봉(25)과 그 주변의 반응기 벽 사이에 교류 또는 직류 전류 전압을 걸어줌으로써 주입된 질소 가스(43)를 질소 플라즈마(42) 상태로 변환시켜 기판(50) 상으로 분사할 수 있다. 플라즈마 상태로 변환시키지 않으면 주입된 질소 가스(43)는 기판(50)을 퍼지시키는 퍼지 가스로 사용될 수도 있다.
제1 및 제2 반응전구체 분사구들(20 및 40)로는 동일한 가스가 공급될 수도 있으며, 종류가 다른 가스가 공급될 수도 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 반응전구체 분사구들(20 및 40)로 산소 가스 또는 질소 가스 중 어느 하나가 동시에 공급될 수 있으며, 제1 반응전구체 분사구(20)로는 산소 가스가, 제2 반응전구체 분사구(40)로는 질소 가스가 공급될 수도 있다.
제1 및 제2 반응전구체 분사구들(20 및 40)에 배치된 전극 봉(25)에 전압을 동시에 인가하여 동시에 플라즈마를 발생시킬 수도 있으며, 전극 봉들(25) 중에 어느 하나에만 전압을 인가하여 어느 한쪽에만 플라즈마를 발생시킬 수도 있다.
원자층 증착 장치(210)는 기판(50)이 어느 일방향으로 이동하는 동안에는 제1 원료전구체(12), 제1 반응전구체(22), 제2 원료전구체(32), 제2 반응전구체(42) 중의 어느 하나만을 기판(50) 상으로 분사하도록 구성된다. 제1 원료전구체(12) 및 제2 원료전구체(32)가 분사되는 동안에는 산소 가스(23) 및 질소 가스(43)를 플라즈마로 변환시키지 않고 그대로 기판(50)으로 분사하여 퍼지 가스로 사용할 수 있다.
한 실시예에 따르면 제1 원료전구체 분사구(10)와 제1 반응전구체 분사구(20) 사이, 제1 반응전구체 분사구(20)와 제2 원료전구체 분사구(30) 사이 및 제2 원료전구체 분사구(30)와 제2 반응전구체 분사구(40)에 퍼지 가스 분사구가 배치될 수 있다. 퍼지 가스로는 산소, 질소, 알곤 등이 사용될 수 있다. 퍼지 가스는 제1 원료전구체(12), 제1 반응전구체(22), 제2 원료전구체(32), 제2 반응전구체(42) 중의 어느 하나라도 기판(50) 상으로 분사되는 동안에 같이 분사될 수 있다.
도14 내지 21을 참조하여, 원자층 증착 장치(210)를 이용하여 기판(50) 상에 4 4 성분계의 화합물, 예를 들면 LiPON 화합물을 증착하는 방법의 실시예는 다음의 단계를 포함한다. 도14 내지 21은 원자층 증착 장치(210)의 단면도들이다. 제1 원료전구체(112)로는 LiOtBu (Lithium tert-butoxide), 제1 반응전구체(22)로는 산소 플라즈마, 제2 원료전구체(132)로는 TMP(Trimethylphosphate), 제2 반응전구체로(42)로는 질소 플라즈마가 사용될 수 있다.
(1) 도 14에서와 같이, 기판(50)을 제1 위치(52)에 배치하는 기판 배치 제1 단계(600),
(2) 도 14에서와 같이, 반응기(120)의 제1 원료전구체 분사구(10)를 통하여 LiOtBu(112)를, 제1 및 제2 반응전구체 분사구(20 및 40) 중 적어도 하나를 통하여 산소가스(23)를 기판(50) 상으로 분사하고 배기시키는 가스 분사 제1 단계 (610),
(3) 도 15에서와 같이, 기판(50)을 제1 이동 방향(80)를 따라 제2 위치(54)로 이동시키면서 기판(50)을 LiOtBu(112) 및 산소 가스(23)에 노출시킴으로써 기판(50) 상에 Li 반응층을 생성시키고 기판(50) 표면을 산소 가스(23)로 퍼지시키는 기판 이동 제1 단계 (620),
(4) 도 16에서와 같이, 기판(50)을 제2 위치(54)에 배치하는 기판 배치 제2 단계(630),
(5) 도 16에서와 같이 LiOtBu(112)의 공급은 차단하고, 제1 및 제2 반응전구체 분사구(20 및 40)의 전극 봉(25)에 중 적어도 하나에 전압을 인가하여 제1 및 제2 반응전구체 분사구(20 및 40)로 주입된 산소 가스(23)의 적어도 일부를 산소 플라즈마(22)로 변환시켜서 기판(50)상으로 분사하는 가스 분사 제2 단계(640),
(6) 도 17에서와 같이, 기판(50)을 제2 이동 방향(82)을 따라 제1 위치(52)로 이동시키면서 기판(50)을 산소 플라즈마(22)에 노출시킴으로써 기판(50) 상에 산소 반응층을 생성시키는 기판 이동 제2 단계(650),
(7) 도 17에서와 같이, 기판(50)을 제1 위치(52)에 배치하는 기판 배치 제3 단계(660),
(8) 도 18에서와 같이, 반응기(120)의 제2 원료전구체 분사구(30)를 통하여 TMP(132)를, 제1 및 제2 반응전구체 분사구(20 및 40) 중 적어도 하나를 통하여 질소가스(43)를 기판(50) 상으로 분사하고 배기시키는 가스 분사 제3 단계 (670),
(9) 도 19에서와 같이, 기판(50)을 제1 이동 방향(80)을 따라 제2 위치(54)로 이동시키면서 기판(50)을 TMP 가스(132)에 노출시킴으로써 기판(50) 상에 P 반응층을 생성시키고 질소 가스(43)로 퍼지시키는 기판 이동 제3 단계(680),
(10) 도 20에서와 같이, 기판(50)을 제2 위치(54)에 배치하는 기판 배치 제4 단계(690),
(11) 도 20에서와 같이 TMP(132)의 공급은 차단하고, 제1 및 제2 반응전구체 분사구(20 및 40)의 전극 봉(25)에 중 적어도 하나에 전압을 인가하여 제1 및 제2 반응전구체 분사구(20 및 40)로 주입된 질소 가스(43)의 적어도 일부를 질소 플라즈마(42)로 변환시켜서 기판(50)상으로 분사하는 가스 분사 제4 단계(700), 및
(12) 도 21에서와 같이, 기판(50)을 제2 이동 방향(82)을 따라 제2 위치(54)로 이동시키면서 기판(50)을 질소 플라즈마(42)에 노출시킴으로써 기판(50) 상에 질소 반응층을 생성시키는 기판 이동 제4 단계(710).
도 22의 공정 흐름도를 참조하여, 기판 배치 제1 단계(600) 내지 기판 이동 제4 단계(710)를 원하는 회수 만큼 반복함으로써 기판(50) 상에 원하는 두께의 LiPON을 증착하는 것이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 도 23을 참조하여, 제1 반응기(120a)와 제2 반응기(120b)를 여러 개 배치하여 사용하는 것도 가능하다. 기판(50)은 좌측 끝단의 제1 반응기(120a)와 우측 끝단의 제2 반응기(120b) 사이에서 왕복 이동하며, 왕복 이동 과정에서 두 종류의 화합물, 예를 들면 산화알루미늄과 산화아연이 교번적으로 증착된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 도 24를 참조하여, 반응기(124)를 여러 개 배치하여 사용하는 것도 가능하다. 기판(50)은 양쪽 끝단의 반응기들(124) 사이에서 사이에서 왕복 이동하며, 왕복 이동 과정에서 4 성분계의 화합물, 예를 들면 LiPON 화합물이 증착된다.
본 발명은 특정한 실시 예들을 참조하여 설명되었으나 본 발명은 이렇게 설명된 특정한 실시 예들에 의해서 제한 받지 않으며 본 발명의 취지를 따르는 변형된 실시 예들에 대해서도 유효하게 적용된다.
10 제1 원료전구체 분사구 12 제1 원료전구체
20 제1 반응전구체 분사구 22 제1 반응전구체
23 산소 가스 25 전극 봉
30 제2 원료전구체 분사구 32 제2 원료전구체
40 제2 반응전구체 분사구 42 제2 반응전구체
43 질소 가스 50 기판
52 기판 제1 위치 54 기판 제2 위치
55 기판 지지대 60, 62, 64 배기구
100 챔버 120, 124 반응기
200, 210 증착 장치 800 반응기

Claims (3)

  1. 기판을 지지하도록 구성되는 기판 지지대;
    상기 기판을 마주보도록 배치되며 적어도 하나의 반응기; 및
    상기 기판 지지대와 상기 반응기 중 적어도 하나를 왕복 이동시키는 이동 기구;를 포함하며,
    상기 반응기는 제1 원료전구체를 분사하는 제1 가스 분사구, 제2 원료전구체를 분사하는 제2 가스 분사구 및 제1 반응전구체를 분사하는 제3 가스 분사구를 포함하며, 상기 기판 지지대 또는 상기 반응기가 어느 일방향으로 이동하는 동안에는 상기 제1 및 제2 원료전구체와 상기 제1 반응전구체 중의 어느 하나만이 상기 기판 상으로 분사되는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응기가 제2 반응전구체를 분사하기 위한 제4 가스 분사구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판 지지대 또는 상기 반응기가 어느 일방향으로 이동하는 동안에는 상기 제1 및 제2 원료전구체와 상기 제1 및 제2 반응전구체 중의 어느 하나만이 상기 기판 상으로 분사되는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
KR1020160087113A 2016-07-08 2016-07-08 원자층 증착 장치 및 방법 KR20180006224A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160087113A KR20180006224A (ko) 2016-07-08 2016-07-08 원자층 증착 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160087113A KR20180006224A (ko) 2016-07-08 2016-07-08 원자층 증착 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180006224A true KR20180006224A (ko) 2018-01-17

Family

ID=61026103

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160087113A KR20180006224A (ko) 2016-07-08 2016-07-08 원자층 증착 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20180006224A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20120225204A1 (en) Apparatus and Process for Atomic Layer Deposition
TWI419992B (zh) 用於薄膜沈積之輸送裝置
US20140366804A1 (en) Performing Atomic Layer Deposition on Large Substrate Using Scanning Reactors
US20150200110A1 (en) Self-Aligned Double Patterning With Spatial Atomic Layer Deposition
EP2193219A2 (en) Process for forming thin film encapsulation layers
WO2008085467A1 (en) Deposition system and method
JP2015525302A (ja) 原子層蒸着装置及びその方法
JP2007531256A (ja) 不連続な前駆体の吐出による金属酸化物等の堆積方法及び装置
KR102595355B1 (ko) 증착 장치 및 그것을 이용한 증착 방법
US11306393B2 (en) Methods and apparatus for ALD processes
US20170159179A1 (en) Nozzle Head, Apparatus and Method for Subjecting Surface of Substrate to Successive Surface Reactions
KR20160137743A (ko) 원자층 증착 장치 및 방법
KR102164707B1 (ko) 원자층 증착 방법 및 원자층 증착 장치
KR100600051B1 (ko) 원자층 증착 장비 및 그를 이용한 3원계 박막 형성 방법
KR101573689B1 (ko) 원자층 증착장치
KR102236013B1 (ko) 원자층 증착장치
KR101076172B1 (ko) 기상 증착 반응기
US20140206137A1 (en) Deposition system for thin film formation
KR20180006224A (ko) 원자층 증착 장치 및 방법
KR101661097B1 (ko) 고생산성 박막증착이 가능한 원자층 증착장치
KR101887192B1 (ko) 롤투롤 원자층 증착장치
KR101173085B1 (ko) 박막 증착장치
KR101393463B1 (ko) 박막 증착장치
KR101939275B1 (ko) 플라즈마 모듈 및 이를 포함하는 원자층 증착 장치 및 이를 이용한 원자층 증착 방법
KR101610644B1 (ko) 다수 챔버 적층 구조 원자층 증착장치