KR20180061499A - 플라즈마 방식에 의한 박막 증착 방법 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 방식에 의한 박막 증착 방법은 공정 챔버내에 위치한 서셉터 상부에 기판을 로딩하는 단계, 상기 공정 챔버 상부에 구비된 가스 분사부를 통해 상기 공정 챔버 내부로 제 1 공정 가스 및 제 2 공정 가스를 공급하면서 플라즈마를 발생시켜 박막을 증착하는 단계, 상기 제 1 및 제 2 공정 가스의 공급 및 상기 플라즈마 발생을 중단시킨 상태에서 상기 공정 챔버를 펌핑하는 단계, 상기 공정 챔버 내부로 상기 제 2 공정 가스를 공급하면서 상기 공정 챔버 내부를 퍼지하는 단계, 및 상기 제 2 공정 가스의 공급을 유지한 상태로 상기 공정 챔버내에 플라즈마를 발생시켜 상기 공정 챔버 내부에 잔류하는 상기 제 1 공정 가스를 제거하기 위한 플라즈마 처리 단계를 포함한다.

Description

플라즈마 방식에 의한 박막 증착 방법{Method of forming Thin film using Low Temperature Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition}
본 발명은 박막 증착 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 플라즈마 방식에 의한 박막 증착 방법에 관한 것이다.
반도체 제작 공정들은 종종 티타늄 또는 티타늄 함유 화합물들의 증착 공정을 수반한다. 티타늄 박막들은 물리적 기상 증착 (physical vapor deposition) 스퍼터링 방법들에 의해 증착되었다. 반도체 디바이스들이 집적 밀도가 증대됨에 따라, 티타늄막을 균일한 두께로 증착하는 것이 점점 어려워지고 있다. 특히, 종횡비가 증가됨에 따라, 티타늄막의 스텝 커버리지가 열악해지는 문제가 발생되고 있으며, 이로 인해 베리어 특성이 저하될 수 있다.
현재, 티타늄막의 증착 특성을 개선하기 위하여, 플라즈마 인가 화학 기상 증착 방법(Plasm Enhanced Chemical vapor deposition: 이하 PECVD)을 이용하여 티타늄 막을 증착하는 방식이 제안되었다. 또한, 티타늄 하부에 형성되는 물질층들의 특성 변이를 방지하기 위하여, 상기 450℃ 이하에서 티타늄 박막을 증착하고 있다.
그런데, 상기와 같이 450℃ 이하의 저온 공정 진행시, 티타늄 박막의 표면 특성 저하로 인해, 티타늄 박막층간의 접착력은 물론 후속으로 증착될 막과의 접착력이 현저히 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 저온 공정을 진행하더라도 접착력을 개선할 수 있는 박막 증착 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법은, 공정 챔버내에 위치한 서셉터 상부에 기판을 로딩하는 단계, 상기 공정 챔버 상부에 구비된 가스 분사부를 통해 상기 공정 챔버 내부로 제 1 공정 가스 및 제 2 공정 가스를 공급하면서 플라즈마를 발생시켜 박막을 증착하는 단계, 상기 제 1 및 제 2 공정 가스의 공급 및 상기 플라즈마 발생을 중단시킨 상태에서 상기 공정 챔버를 펌핑하는 단계, 상기 공정 챔버 내부로 상기 제 2 공정 가스를 공급하면서 상기 공정 챔버 내부를 퍼지하는 단계, 및 상기 제 2 공정 가스의 공급을 유지한 상태로 상기 공정 챔버내에 플라즈마를 발생시켜 상기 공정 챔버 내부에 잔류하는 상기 제 1 공정 가스를 제거하기 위한 플라즈마 처리 단계를 포함한다.
원료 가스의 공급 후, 및/또는 환원 플라즈마 처리 공정 후에 펌핑 공정 및 퍼지 공정을 각각 수행함에 따라, 막 표면내에 잔류하는 불순물 및 미반응 가스를 완벽하게 제거하여 증착되는 막의 접착력을 개선할 수 있다.
또한, 저온 플라즈마 공정시, 서셉터 주변의 온도를 기존의 온도보다 약 10 내지 20% 상승시킨 상태에서 증착 공정을 진행하므로써, 증착 효율 및 표면 밀착도를 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법을 설명하기 위한 공정 타이밍도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속막 증착 장치의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 박막 증착장치(100)는 공정 챔버에 해당하는 반응기(110), 기판 지지부(120) 및 가스 분사부(130)를 구비할 수 있다.
상기 반응기(110)는 바닥부(111), 외벽부(112) 및 상측 플레이트(113)를 구비할 수 있다.
외벽부(112)는 바닥부(111)의 가장자리로부터 상방으로 실질적인 수직방향을 향해 연장될 수 있다. 외벽부(112)에 기판(w)이 출입하는 게이트(도시되지 않음)가 설치되어 있다. 상측 플레이트(113)는 바닥부(111)와 실질적으로 동일한 형상을 가지며, 외벽부(112)의 상면에 분리 가능하게 결합될 수 있다. 상측 플레이트(113)가 외벽부(112)의 상면에 결합되면 반응기(110) 내부에 일정한 공간이 형성될 수 있다.
반응기(110) 내부에 잔존하는 불필요 가스 및 파티클을 배출하기 위한 배기구(도면 미도시)가 바닥부(111) 또는 외벽부(112)에 마련될 수 있다.
기판 지지부(120)는 반응기(110) 내부에 설치되며, 서셉터(121), 기판 안착부(122), 샤프트(123) 및 히터(도시되지 않음)를 구비할 수 있다.
서셉터(121)는 예를 들어, 원판의 형상을 가질 수 있으며, 반응기(110) 내부에 회전 가능하게 설치될 수 있다. 또한, 공간 분할 타입 박막 증착 장치일 경우, 서셉터(121)는 그 표면에 복수 개의 기판 안착부(122)를 포함할 수 있다. 기판 안착부(122)는 기판 지지부(120) 상면의 둘레 방향을 따라 일정 간격을 두고 배치될 수 있다. 샤프트(123)는 양단부 중 일단부가 서셉터(121)의 하면과 결합되어 있고, 타단부가 반응기(110)를 관통하여 예컨대, 모터(도면 미도시) 등의 회전 구동수단과 연결될 수 있다. 따라서 샤프트(123)가 회전함에 따라 서셉터(121)가 도 1에 도시된 회전 중심축(A)을 중심으로 회전하게 된다. 또한 샤프트(123)는 서셉터(121)가 승강이 가능하도록 하는 승강 구동수단과 연결되어 있다. 승강구동수단으로는 예컨대, 모터 및 기어 조립체(도시되지 않음) 등이 있다. 상기 히터는 서셉터(121) 내부에 내장되어, 기판 안착부(122)에 안착되는 기판(w)의 온도를 조절할 수 있다.
가스 분사부(130)는 기판 지지부(120)의 상방에 설치된 상측 플레이트(113)에 결합될 수 있고, 가스 공급기(152)를 포함할 수 있다. 상기 가스 공급기(152)를 통해, 원료 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스가 공급될 수 있다.
상기 원료가스는 중심 원소를 포함하는 전구체, 예컨대, TiCl4와 같은 전구체를 포함할 수 있다. 상기 반응가스는 상기 전구체의 중심 원소와 반응하여 반응물을 형성하는 반응가스, 예컨대, NH4 소스를 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 증착된 티타늄막을 질화시키기 위한 소스로서 이용될 수 있다. 상기 퍼지 가스는 전구체 및 반응가스를 퍼지(purge)하는 가스로서, 예컨대, H2 가스 및/또는 Ar 가스를 포함할 수 있다. 상기 퍼지가스는 박막 형성 공간(140)에 잔류하는 미반응된 가스를 반응기(110) 외부로 배출시켜, 기판 지지부(120) 상에서 미반응된 가스가 혼합되지 않도록 하는 한다.
상기 가스 공급기(152)는 샤워헤드(shower head) 형태로 구성될 수 있다. 가스 분사부(130)를 통해 공급되는 원료가스는 플라즈마화시켜 공급될 수 있다. 이를 위해 반응기(100) 외부에 설치된 별도의 플라즈마 발생기(도시되지 않음)를 이용하거나 가스 분사부(130)의 내부 또는 박막 증착 공간(140)에서 플라즈마를 발생시켜 기판 지지부(120) 상에 공급할 수도 있다.
또한, 본 실시예의 박막 증착 장치(100)는 반응기(110)를 구성하는 외벽부(112), 가스 분사부(130) 및 가스 공급기(152)의 온도를 개별 제어할 수 있는 온도 제어부(180)를 더 포함할 수 있다.
일반적으로 450℃ 이하의 저온 공정이라 함은 기판(w)이 안착되는 서셉터(121)의 온도를 의미한다. 본 실시예에서는 서셉터(121)의 온도와 별개로, 서셉터(121)의 주변의 외벽부(112), 가스 분사부(130) 및 가스 공급기(152)를 소정 온도 만큼, 예를 들어 10 내지 20% 수준으로 상승시킨 상태에서 공정을 진행할 수 있다.
보다 구체적으로 일반적으로 서셉터(121)의 온도가 400 내지 450℃ 수준에서 공정을 진행할 경우, 서셉터(121) 주변의 외벽부(112)의 온도는 160℃, 가스 분사부(130)의 온도는 450℃, 및 가스 공급기(152)는 140℃의 온도를 유지하였다.
한편, 본 실시예에서는 온도 제어부(180)를 구동시켜, 서셉터 주변의 외벽부(112)의 온도는 170 내지 200℃, 가스 분사부(130)의 온도는 500 내지 600℃, 및 가스 공급기(152)는 150 내지 200℃의 온도로 상승시킨 상태에서 공정을 진행할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 장치에서 티타늄 질화막 증착 방법에 대해 설명한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 기판(w)을 공정 챔버에 해당하는 반응기(110)내의 서셉터(121) 상부에 로딩한다(S1). 반응기(110)내에는 어떠한 가스도 공급되지 않는 상태이며, 반응기(110)내의 압력은 0 Torr를 유지할 수 있다. 이때, 상기 서셉터(121)는 400 내지 450℃의 온도를 유지하는 한편, 외벽부(112)는 170 내지 200℃ 및 가스 분사부(130)는 500 내지 600℃로 일반적인 온도 범위 보다 소정 온도만큼 증가시킨다.
다음, 제 1 공정 가스를 제공하는 원료 가스 공급기(152)를 통해 Ti 포함 원료 가스를 공급한다(S2). 상기 Ti 포함 원료 가스는 예를 들어 TiCl4 가스일 수 있고, Ti 포함 원료 가스 공급시, H2 가스 및 Ar 가스를 동시에 공급할 수 있다. 아울러, 반응이 활성화될 수 있도록 Ti 포함 원료 가스 주입 구간 동안 RF 파워를 인가하여 반응기 내부에 플라즈마 분위기를 조성할 수 있다. 또한, 반응기(110)내 압력은 4 내지 6 Torr 수준으로 증가시킨다. 이때, 상기 Ti 포함 원료 가스를 공급하기 위한 가스 공급기(152), 즉, 공급 라인은 기존보다 소정 온도만큼 상승된 약 150 내지 200℃의 온도를 유지할 수 있다.
Ti 포함 원료 가스 공급(S2)을 마친 후, 반응기(110) 내부를 1차 펌핑한다(S3). 상기 펌핑 공정은 Ti 포함 원료 가스, H2 가스 및 Ar 가스의 공급 없이, 10 내지 0 Torr의 압력 범위, 보다 바람직하게는 4 내지 0 Torr 범위에서 RF 파워 인가 없이 진행될 수 있다. 상기 펌핑 공정에 의해 기판(w) 상부에 잔류하는 미 반응 Ti 포함 원료 가스 성분을 제거할 수 있다. 특히, TiCl4 가스를 원료 가스로 이용하는 경우, 반응성을 저하시키는 Cl기를 펌핑 공정에 의해 대거 배출시킬 수 있다.
1차 펌핑 공정 이후, 반응기(110) 내부를 1차 퍼지한다(S4). 상기 1차 퍼지 공정은 Ti 포함 원료 가스의 공급 없이, 제 2 공정 가스에 해당하는 H2 가스 및 Ar 가스만을 공급한 상태에서 진행될 수 있다. 상기 1차 퍼지 공정시 상기 반응기(110)내의 압력은 4 내지 10 Torr, 보다 바람직하게는 4 내지 6 Torr를 유지할 수 있다. 이와 같은 퍼지 공정에 의해 반응기(110) 내부를 안정화시킬 수 있다.
1차 퍼지 공정을 마친 후, 상기 1차 퍼지 공정과 동일한 조건 하에서 RF 파워를 인가하여, H2 플라즈마 분위기를 조성하여, 환원 처리를 수행한다(S5). H2 플라즈마는 Ti 포함 원료 가스에 포함되는 Ti 외의 성분, 즉, Cl기들과 반응되어, Cl기를 HCl상태로 휘발시킨다. 이에 따라, 기판(w) 상부에는 Ti 물질만이 남게 된다.
그 후, 2차 펌핑 공정을 진행한다(S6). 2차 펌핑 공정은 H2 가스 및 Ar 가스의 공급을 중단하고, RF 파워 역시 오프(off)시킨 상태에서 진행될 수 있다. 상기 2차 펌핑 단계시, 반응기(110) 내부의 압력을 4 내지 0 Torr 로 낮춘다. 이와 같은 2차 펌핑 공정에 의해 환원 처리 후 잔류하는 반응 불순물들을 추가로 제거할 수 있다.
2차 펌핑 공정 이후, H2 가스 및 Ar 가스를 공급하면서 반응기(110)내의 압력을 4 내지 10 Torr 수준으로 증대시켜 2차 퍼지 공정을 실시한다(S7). 상기 2차 퍼지 공정 역시 펌핑 공정 이후, 반응기(110) 내부의 안정화를 위해 진행될 수 있다. 이에 따라, Ti 박막이 완성된다.
경우에 따라, TiN 박막을 제작할 경우, 상기 2차 퍼지 공정 이후, 질화 처리를 수행한다(S8). 상기 질화 처리는 H2 가스, Ar 가스 및 NH3 가스를 공급한 상태에서 RF 플라즈마 파워를 인가하여 진행될 수 있다. 질화 처리시 상기 반응기(110)내 압력은 4 내지 6 Torr 이하로 상승시킨다. RF 플라즈마 파워 인가에 따라, 상기 티타늄 성분은 NH3 가스의 질소 성분과 반응하게 되어, 티타늄 질화막이 형성된다.
이와 같은 S2 내지 S7 스텝은 복수 회(n회) 반복 수행되어, 원하는 두께 Ti막 또는 TiN막을 형성할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 다양한 방법에 따라 증착된 TiN(티타늄 질화막)의 표면 SEM 사진을 보여준다.
도 4a는 종래와 같이, 펌핑 공정 없이 형성된 TiN 박막의 표면 SEM 사진이고, 도 4b는 본 발명의 실시예와 같이 TiCl4 원료 가스 주입 후(티타늄 박막 증착 후), 펌핑 공정 및 퍼지 공정을 수행하고, H2 플라즈마 처리 공정 후 펌핑 공정 및 퍼지 공정을 실시하여 형성된 TiN 박막의 표면 SEM 사진이다.
도 4a의 경우, TiN 박막 표면 및 내부의 접착력 저하로 인한 리프팅(lifting)이 다수 발생됨을 확인할 수 있다.
반면, 본 실시예에 따라 형성된 TiN 박막은 도 4b에 도시된 바와 같이, 표면에 리프팅 발생 없이 매끄러운 표면을 가지고 형성됨을 확인할 수 있다.
또한, 하기의 표 1은 본 발명의 실시예에 따른 접착력 개선 정도를 보여주는 테이블이다.
조건 서셉터 주변 펌핑 공정/퍼지 공정 유무 증착 두께
1 일반 온도 무 88.8 Å
2 온도 상승 무 82.9 Å
3 일반 온도 유 79.8 Å
4 온도 상승 유 77.9 Å
상기 조건 1 내지 4는 동일한 량의 원료 가스를 공급하여 TiN막을 형성하기 기 위한 공정 사이클(Ti 포함 원료 소스 공급/H2 플라즈마 처리/질화 처리)을 10회 반복 진행하였을 때, 각 조건 별 티타늄 질화막의 증착 두께를 나타낸다.
조건 1에 해당하는 종래의 경우, 즉, 서셉터 주변 온도는 일반 온도를 유지한 상태에서, 펌핑 및 퍼지 공정 없이 상기 공정 사이클을 10회 반복한 결과, 88.8 Å 두께를 갖는 TiN 박막이 증착되었다.
조건 2는 상기 조건 1과 같이 펌핑 및 퍼지 공정을 진행하지 않고 상기 공정 사이클을 10회 반복하되, 서셉터의 주변 온도 만을 상승시킨 경우이다. 조건 2에 따라 형성된 TiN 박막은 82.9 Å의 두께로 증착되었다.
또한, 서셉터의 주변 온도는 일반 온도를 유지하며, Ti 포함 원료 가스 공급 및 환원 처리 공정 후, 펌핑 및 퍼지 공정을 10회 반복 수행하는 경우(조건 3), TiN 박막은 79.8 Å 두께로 증착되었다.
한편, 서셉터의 주변 온도를 상술한 바와 같이 상승시킨 상태에서, Ti 포함 원료 가스 공급 및 환원 처리 공정 후, 펌핑 및 퍼지 공정을 10회 반복 수행하는 경우(조건 4), TiN 박막은 77.9 Å으로 가장 컴팩트한 두께로 형성되었다.
여기서, 상대적으로 얇은 두께로 증착되었다는 것은, 각 레이어별로 불순물에 의한 리프트 없이 원자들간이 단단히 결합되었다는 것을 의미하며, 이전의 막과 티타늄 질화막, 또는 적층되는 티타늄 질화막 사이의 접착력이 우수함을 시사한다.
즉, 상기의 실험을 통해, Ti 포함 원료 가스 공급 공정 및 환원을 위한 플라즈마 처리 공정 이후, 본 실시예와 같이 펌핑 및 퍼지 공정을 각각 수행하는 경우, 공정중 발생하는 반응 불순물들이 완벽히 제거되어 막질의 접착력이 크게 개선된다. 부가적으로, 서셉터 주변의 온도를 증대시켰을 때, 증착 효율을 더욱 개선할 수 있어, 티타늄 질화막을 컴팩트하게 증착할 수 있다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 원료 가스의 공급 후, 및/또는 환원 플라즈마 처리 공정 후에 펌핑 공정 및 퍼지 공정을 각각 수행함에 따라, 막 표면내에 잔류하는 불순물 및 미반응기를 완벽하게 제거하여 증착되는 막의 접착력을 개선할 수 있다.
본 실시예는 티타늄 질화막을 예를 들어 설명하였지만, 여기에 한정되지 않고, 저온 플라즈마 방식에 의해 형성되는 박막 형성시 모두 적용될 수 있음은 물론이다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
100: 박막 증착 장치 110 : 반응기
120 : 기판 지지부 121 : 서셉터
130 : 가스 분사부 180 : 온도 제어부

Claims (12)

  1. 공정 챔버내에 위치한 서셉터 상부에 기판을 로딩하는 단계;
    상기 공정 챔버 상부에 구비된 가스 분사부를 통해, 상기 공정 챔버 내부로 제 1 공정 가스 및 제 2 공정 가스를 공급하면서, 플라즈마를 발생시켜, 박막을 증착하는 단계;
    상기 제 1 및 제 2 공정 가스의 공급 및 상기 플라즈마 발생을 중단시킨 상태에서, 상기 공정 챔버를 펌핑하는 단계;
    상기 공정 챔버 내부로 상기 제 2 공정 가스를 공급하면서, 상기 공정 챔버 내부를 퍼지하는 단계; 및
    상기 제 2 공정 가스의 공급을 유지한 상태로, 상기 공정 챔버내에 플라즈마를 발생시켜, 상기 공정 챔버 내부에 잔류하는 상기 제 1 공정 가스를 제거하기 위한 플라즈마 처리 단계를 포함하는 박막 증착 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 단계 이후에,
    상기 제 2 공정 가스의 공급 및 상기 플라즈마 발생을 중단한 상태로 상기 공정 챔버를 추가 펌핑하는 단계; 및
    상기 공정 챔버 내부로 상기 제 2 공정 가스를 공급하면서, 상기 공정 챔버 내부를 추가 퍼지하는 단계를 더 포함하는 박막 증착 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막 증착 단계에서,
    상기 공정 챔버의 압력은 4 내지 10 Torr 범위인 박막 증착 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 공정 가스는 TiCl4를 포함하는 박막 증착 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 공정 가스는 H2 가스를 더 포함하는 박막 증착 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 공정 가스는 Ar 가스를 더 포함하는 박막 증착 방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 펌핑 단계 및 상기 추가 펌핑 단계는,
    상기 공정 챔버 내부의 압력을 4 내지 0 Torr로 강하시켜, 일정 시간 진행하는 박막 증착 방법.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 퍼지 단계 및 상기 추가 퍼지 단계는,
    상기 공정 챔버내의 압력을 4 내지 10 Torr 범위에서 일정 시간 진행하는 박막 증착 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 단계에서,
    상기 공정 챔버 내의 압력은 4 내지 10 Torr 범위인 박막 증착 방법.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 박막 증착 단계 내지 상기 추가 퍼지 단계를 1개의 사이클로 한정하여, 상기 사이클을 복수 회 수행하는 단계를 더 포함하고,
    상기 사이클을 복수 회 수행한 후, 상기 공정 챔버 내부에 질화 처리 가스를 공급하고 상기 플라즈마를 발생시켜, 상기 기판을 질화 처리하는 단계를 더 포함하는 박막 증착 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 질화 처리 가스는 NH3 가스를 포함하는 박막 증착 방법.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 서셉터는 400 내지 450℃의 온도를 유지하고,
    상기 공정 챔버는 170 내지 200℃ 온도를 유지하고,
    상기 가스 분사부는 500 내지 600℃를 유지하는 박막 증착 방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200006422A (ko) * 2018-07-10 2020-01-20 주식회사 원익아이피에스 반도체 소자의 제조 방법
KR20200063063A (ko) * 2018-11-27 2020-06-04 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 기판 보유 지지 기구 및 성막 장치
KR20200069411A (ko) * 2018-12-06 2020-06-17 주식회사 원익아이피에스 박막 증착 방법
CN114807893A (zh) * 2021-01-19 2022-07-29 圆益Ips股份有限公司 薄膜形成方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120064318A (ko) * 2010-12-09 2012-06-19 주성엔지니어링(주) 박막, 박막 증착 장치 및 방법
KR20140097034A (ko) * 2013-01-29 2014-08-06 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 성막 방법 및 성막 장치
KR20150075363A (ko) * 2013-12-25 2015-07-03 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 Ｔｉ막의 성막 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120064318A (ko) * 2010-12-09 2012-06-19 주성엔지니어링(주) 박막, 박막 증착 장치 및 방법
KR20140097034A (ko) * 2013-01-29 2014-08-06 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 성막 방법 및 성막 장치
KR20150075363A (ko) * 2013-12-25 2015-07-03 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 Ｔｉ막의 성막 방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200006422A (ko) * 2018-07-10 2020-01-20 주식회사 원익아이피에스 반도체 소자의 제조 방법
KR20200063063A (ko) * 2018-11-27 2020-06-04 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 기판 보유 지지 기구 및 성막 장치
US11396704B2 (en) 2018-11-27 2022-07-26 Tokyo Electron Limited Substrate holder and film forming apparatus
KR20200069411A (ko) * 2018-12-06 2020-06-17 주식회사 원익아이피에스 박막 증착 방법
CN114807893A (zh) * 2021-01-19 2022-07-29 圆益Ips股份有限公司 薄膜形成方法

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