KR20190020248A - 전구체 공급 유닛, 기판 처리 장치 및 그를 이용한 반도체 소자의 제조방법 - Google Patents

전구체 공급 유닛, 기판 처리 장치 및 그를 이용한 반도체 소자의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전구체 공급 유닛, 기판 처리 장치 및 그를 이용한 반도체 소자의 제조방법을 개시한다. 그의 유닛은, 외부 용기와, 외부 용기와, 상기 외부 용기 내에 배치되고, 전구체 소스를 저장하는 내부 용기와, 상기 내부 용기 아래의 상기 외부 용기 내에 배치되어 상기 외부 용기 내에 캐리어 가스를 제공하는 주입구를 갖는 가스 주입 라인과, 상기 내부 용기 아래의 상기 외부 용기 내에 배치되어 상기 외부 용기 내의 상기 캐리어 가스와, 상기 전구체 소스로부터 생성된 전구체를 배기하는 배기구를 갖는 가스 배기 라인을 포함한다.

Description

전구체 공급 유닛, 기판 처리 장치 및 그를 이용한 반도체 소자의 제조방법{Unit for supplying precursor, substrate processing apparatus and method for manufacturing semiconductor device using the same}
본 발명은 반도체 소자의 제조 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전구체 공급 유닛, 기판 처리 장치 및 그를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조 공정은 박막증착공정(ex, 화학증착공정 또는 원자층증착공정)을 포함할 수 있다. 상기 박막증착공정은 액체 또는 고체의 전구체 소스를 이용하여 수행될 수 있다. 상기 전구체 소스는 증기 상태의 전구체로 기화 및/또는 승화될 수 있다. 상기 전구체는 캐리어 가스에 의해 챔버 내부로 운반될 수 있다. 일반적인 전구체 공급 유닛 내에서, 상기 전구체 소스 상의 소스 소모 공간과, 상기 전구체 이동 공간은 동일할 수 있다. 상기 전구체 소스가 소모되면, 상기 전구체의 공급 압력은 감소될 수 있다. 감소된 공급 압력은 박막의 증착률을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 해결 과제는, 액체 또는 고체 전구체 소스의 소모(consummation)에 따른 전구체의 공급 압력의 감소를 방지 및/또는 제거할 수 있는 전구체 공급 유닛 및 기판 처리 장치를 제공하는 데 있다.
그리고 본 발명의 다른 과제는 박막의 증착률의 감소를 방지할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 전구체 공급 유닛을 개시한다. 그의 유닛은, 외부 용기; 상기 외부 용기 내에 배치되고, 전구체 소스를 저장하는 내부 용기; 상기 내부 용기 아래의 상기 외부 용기 내에 배치되어 상기 외부 용기 내에 캐리어 가스를 제공하는 주입구를 갖는 가스 주입 라인; 및 상기 내부 용기 아래의 상기 외부 용기 내에 배치되어 상기 외부 용기 내의 상기 캐리어 가스와, 상기 전구체 소스로부터 생성된 전구체를 배기하는 배기구를 갖는 가스 배기 라인을 포함한다. 여기서, 상기 내부 용기는 상기 캐리어 가스 및 상기 전구체를 통과시키는 구멍들을 갖고, 상기 전구체 소스를 지지하는 하부 막을 포함할 수 있다. 상기 하부 막은 그의 하부 면과 상기 외부 용기의 내부 바닥 사이의 제 1 내부 공간으로 정의되는 전구체 이동 공간을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 기판 처리 장치는, 기판을 수납하는 서셉터를 구비한 챔버; 상기 기판 상에 전구체를 제공하는 전구체 공급 유닛; 및 상기 챔버 내에 상기 전구체를 운반하는 캐리어 가스를 상기 전구체 공급 부 내에 제공하는 캐리어 가스 공급 유닛을 포함한다. 여기서, 상기 전구체 공급 유닛은: 외부 용기; 상기 외부 용기 내에 배치되고, 전구체 소스를 저장하는 내부 용기; 상기 내부 용기 아래의 상기 외부 용기 내에 배치되어 상기 외부 용기 내에 캐리어 가스를 제공하는 주입구를 갖는 가스 주입 라인; 및 상기 내부 용기 아래의 상기 외부 용기 내에 배치되어 상기 외부 용기 내의 상기 캐리어 가스와 상기 전구체를 배기하는 배기구를 갖는 가스 배기 라인을 포함할 수 있다. 상기 내부 용기는 상기 캐리어 가스 및 상기 전구체를 통과시키는 구멍들을 갖고, 상기 전구체 소스를 지지하는 하부 막을 포함할 수 있다. 상기 하부 막은 그의 하부 면과 상기 외부 용기의 내부 바닥 사이의 제 1 내부 공간으로 정의되는 전구체 이동 공간을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 챔버 내의 기판 상에 전구체 및 캐리어 가스를 제공하는 단계; 및 상기 전구체와 반응하는 반응 가스를 상기 기판 상에 제공하여 상기 기판 상에 박막을 형성하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 전구체 및 캐리어 가스를 제공하는 단계는: 전구체 소스를 저장하는 내부 용기의 하부 막과 외부 용기의 내부 바닥 사이의 전구체 이동 공간으로 캐리어 가스를 공급하는 단계; 상기 하부 막의 구멍들을 통해 상기 하부 막 상의 상기 전구체 소스에 상기 캐리어 가스를 제공하는 단계; 및 상기 캐리어 가스를 이용하여 상기 내부 용기 내의 상기 전구체 소스의 소모에 따른 상기 캐리어 가스 및 상기 전구체의 공급 압력의 감소 없이 상기 구멍들을 통해 상기 전구체를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 전구체 공급 유닛은 액체 또는 고체의 전구체 소스의 소스 소모 공간과, 전구체 이동 공간을 분리하여 상기 전구체 소스의 소모에 따른 상기 전구체 이동 공간 내의 상기 전구체의 공급 압력 감소를 방지 및/또는 제거할 수 있다. 또한, 상기 공급 압력 감소에 기인하는 박막의 증착률 감소는 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 전구체 공급 부의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 3은 도 1의 전구체 공급 부의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 반도체 소자의 제조방법을 보여주는 플로우 차트이다.
도 5는 도 4의 전구체 및 캐리어 가스를 제공하는 단계의 일 예를 보여주는 플로우 차트이다.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 기판 처리 장치(100)를 보여준다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 기판 처리 장치(100)는 화학기상증착장치 또는 원자층증착장치일 수 있다. 이와 달리, 상기 기판 처리 장치(100)는 기판식각장치일 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 기판 처리 장치(100)는 챔버(10), 전구체 공급 부(20), 캐리어 가스 공급 부(30), 반응 가스 공급 부(40), 제 1 내지 제 3 가스 라인(22, 32, 42) 및 제 1 내지 제 3 밸브들(24, 34, 44)을 포함할 수 있다.
상기 챔버(10)는 기판(W)에 대해 외부로부터 밀폐된 공간을 제공할 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 챔버(10)는 하우징(12), 서셉터(14) 및 샤워 헤드(16)를 포함할 수 있다. 하우징(12)은 서셉터(14) 및 샤워 헤드(16)를 둘러쌀 수 있다. 하우징(12)은 하부 하우징(11)과 상부 하우징(13)을 포함할 수 있다. 상기 서셉터(14)는 상기 하부 하우징(11) 내에 배치될 수 있다. 상기 하부 하우징(11)이 상기 상부 하우징(13)으로부터 분리되면, 상기 서셉터(14)는 로봇 암(미도시)으로부터 상기 기판(W)을 수납(receive)할 수 있다. 상기 상부 하우징(13)은 상기 하부 하우징(11) 상에 배치될 수 있다. 상기 샤워 헤드(16)는 상기 상부 하우징 내에 배치될 수 있다. 상기 샤워 헤드(16)는 전구체(21), 캐리어 가스(31) 및 반응 가스(41)를 상기 기판(W) 상으로 제공할 수 있다.
상기 전구체 공급 부(20)는 액체 및/또는 고체의 전구체 소스(50)로부터 증기 상태 및/또는 기체 상태의 상기 전구체(21)를 생성할 수 있다. 상기 전구체 소스(50)는 액체의 유기 금속 화합물(ex, TDMAT(Tetrakis(dimethylamido)titanium), 또는 CCTBA(Hexacarbonyl(3,3-dimethyl-1-butyne)dicobalt)) 또는 고체의 화합물(ex, 염화하프늄(HfCl4) PDMAT(Pentakis-dimethylamino Tantalum), 또는 WClx(x=6))을 포함할 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양하게 실시변경 가능할 수 있다. 상기 증기 상태 및/또는 기체 상태의 상기 전구체(21)는 상기 전구체 소스(50)의 분자 크기보다 작은 분자 크기를 가질 수 있다.
상기 캐리어 가스 공급 부(30)는 캐리어 가스(31)를 상기 전구체 공급 부(20) 내에 제공할 수 있다. 캐리어 가스(31)는 불활성 가스(ex, 아르곤 가스 또는 헬륨 가스)를 포함할 수 있다. 상기 캐리어 가스(31)는 상기 전구체 공급 부(20) 내의 상기 전구체(21)를 상기 챔버(10)로 운반(carry) 및/또는 배송(deliver)할 수 있다.
상기 반응 가스 공급 부(40)는 상기 반응 가스(41)를 상기 챔버(10) 내에 제공할 수 있다. 반응 가스(41)는 상기 기판(W) 상의 상기 전구체(21)와 반응하여 상기 기판(W) 상에 박막을 증착할 수 있다. 상기 반응 가스(41)는 수소(H2) 가스 또는 암모니아(NH3) 가스를 포함할 수 있다.
상기 제 1 가스 라인(22)은 전구체 공급 부(20)를 상기 챔버(10)로 연결할 수 있다. 상기 전구체(21) 및 상기 캐리어 가스(31)는 상기 제 1 가스 라인(22)을 통해 상기 챔버(10) 내에 제공될 수 있다. 상기 제 2 가스 라인(32)은 상기 캐리어 가스 공급 부(30)를 상기 전구체 공급 부(20)로 연결할 수 있다. 상기 캐리어 가스(31)는 상기 제 2 가스 라인(32)을 통해 상기 전구체 공급 부(20)로 제공될 수 있다. 그리고 상기 제 3 가스 라인(42)은 상기 반응 가스 공급 부(40)를 상기 챔버(10)로 연결할 수 있다. 상기 반응 가스(41)는 상기 제 3 가스 라인(42)을 통해 상기 챔버(10)로 제공될 수 있다.
상기 제 1 내지 제 3 밸브들(24, 34, 44)은 상기 제 1 내지 제 3 가스 라인들(22, 32, 42)에 각각 체결(coupled)될 수 있다. 상기 제 1 밸브(24)는 상기 챔버(10)와 상기 전구체 공급 부(20) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제 1 밸브(24)는 상기 전구체(21) 및 상기 캐리어 가스(31)의 공급 유량을 제어할 수 있다. 상기 제 2 밸브(34)는 상기 상기 전구체 공급 부(20)와 상기 캐리어 가스 공급 부(30) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제 2 밸브(34)는 상기 캐리어 가스(31)의 공급 유량을 제어할 수 있다. 상기 제 3 밸브(44)는 상기 반응 가스 공급 부(40)와 상기 챔버(10) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제 3 밸브(44)는 상기 반응 가스(41)의 공급 유량을 제어할 수 있다.
도시되지 않았지만, 퍼지 가스 공급 부는 상기 챔버(10) 내에 퍼지 가스(ex, N2 가스)를 공급할 수 있다. 상기 전구체(21)와 상기 캐리어 가스(31)가 제공된 후, 상기 퍼지 가스는 상기 챔버(10) 내에 제공될 수 있다. 또한, 상기 반응 가스(41)가 제공된 후 상기 퍼지 가스는 상기 챔버(10) 내에 제공될 수 있다.
한편, 상기 전구체(21)와 상기 캐리어 가스(31)의 공급 압력 및/또는 공급 유량은 상기 기판(W) 상에 형성될 박막의 증착률을 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 전구체(21) 및 상기 캐리어 가스(31)의 공급 압력이 증가하면 상기 박막의 증착률은 증가할 수 있다. 반대로, 상기 전구체(21) 및 상기 캐리어 가스(31)의 공급 압력이 감소하면, 상기 박막의 증착률은 감소할 수 있다.
일반적인 전구체 소스 공급 부 내에서의 전구체 소스의 잔류량이 감소하면, 상기 전구체(21)의 공급 압력이 감소할 수 있다. 반면, 상기 전구체 공급 부(20)는 상기 전구체 소스(50)의 소모 또는/잔류량과 상관 없이 상기 전구체(21)의 공급 압력을 균일하게 제어할 수 있다. 상기 전구체 공급 부(20) 내의 전구체 소스(50)가 모두 소진될 때까지, 상기 박막의 증착률은 일정할 수 있다. 이하, 전구체 공급 부(20)에 대해 상세하게 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 전구체 공급 부(20)의 일 예를 보여준다.
도 2a를 참조하면, 상기 전구체 공급 부(20)는 캐니스터를 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 전구체 공급 부(20)는 외부 용기(210), 내부 용기(220), 가스 주입 라인(230), 가스 배기 라인(240) 및 외부 히터(250)를 포함할 수 있다.
상기 외부 용기(210)는 상기 내부 용기(220), 상기 가스 주입 라인(230) 및 상기 가스 배기 라인(240)을 수용할 수 있다. 상기 외부 용기(210)는 원통 모양을 가질 수 있다.
상기 내부 용기(220)는 상기 외부 용기(210) 내에 배치될 수 있다. 상기 내부 용기(220)는 액체 및/또는 고체의 상기 전구체 소스(50)를 저장할 수 있다. 상기 내부 용기(220)는 상기 전구체 소스(50)를 밀봉할 수 있다. 상기 내부 용기(220)는 상기 외부 용기(210)의 부피보다 작은 부피의 원통 모양을 가질 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 내부 용기(220)는 하부 막(222, supporting membrane) 및 상부 커버(224)를 포함할 수 있다.
상기 하부 막(222)은 상기 외부 용기(210)의 내부 바닥(212)으로부터 이격될 수 있다. 상기 하부 막(222)은 상기 전구체 소스(50)를 지지할 수 있다. 상기 하부 막(222)은 다공성 알루미나, 다공성 티타니아, 또는 다공성 지르코니아를 포함할 수 있다. 상기 하부 막(222)은 복수개의 구멍들(221, pores)을 가질 수 있다. 상기 구멍들(221)를 통하여 상기 전구체(21) 및 상기 캐리어 가스(31)가 통과(is permeable to)할 수 있다. 예를 들어, 상기 전구체(21) 및 상기 캐리어 가스(31)가 약 1nm 이하이 분자 직경 및/또는 크기를 가질 때, 상기 구멍들(221)의 각각은 약 1 nm 내지 약 1㎛의 직경을 가질 수 있다. 상기 구멍들(221)은 액체 및/또는 고체의 상기 전구체 소스(50)를 통과시키지 않을 수 있다. 상기 전구체 소스(50)는 상기 구멍들(221) 상에 존재할 수 있다. 상기 하부 막(222)에 접한 상기 전구체 소스(50)는 상기 캐리어 가스(31)에 의해 상기 전구체(21)로 생성될 수 있다. 상기 전구체 소스(50)는 상기 하부 막(222)의 계면(interface)에서 기화 및/또는 승화될 수 있다.
상기 전구체(21)는 상기 구멍들(221)을 통해 상기 하부 막(222) 아래로 이동할 수 있다. 상기 전구체(21)가 상기 전구체 소스(50)의 분자크기보다 작은 분자 크기를 갖기 때문에 상기 구멍들(221)은 상기 전구체(21)를 통과시킬 수 있다. 상기 전구체(21)와 상기 캐리어 가스(31)는 상기 하부 막(222)의 하부 면과 상기 외부 용기(210)의 내부 바닥(212) 사이의 전구체 이동 공간(202) 내에 존재할 수 있다. 상기 전구체 이동 공간(202)은 상기 하부 막(222)의 하부 면과 상기 외부 용기(210)의 내부 바닥(212) 사이의 내부 공간으로 정의될 수 있다. 또한, 하부 막(222)의 하부 면과, 상기 외부 용기(210)의 내부 바닥(212) 사이의 거리는 전구체 이동 공간(202)의 높이로 정의될 수 있다. 예를 들어, 전구체 이동 공간(202)의 높이는 전구체 소스(50)의 소모량 및/또는 잔류량과 상관없이 항상 일정할 수 있다.
상기 상부 커버(224)는 상기 전구체 소스(50) 및 상기 하부 막(222)을 덮을 수 있다. 상기 상부 커버(224)는 상기 하부 막(222)의 마주보는 양측의 가장자리들에 연결될 수 있다. 상기 상부 커버(224)의 상부 면은 상기 외부 용기(210)의 상부 면과 동일선 상에 배치될 수 있다. 상기 상부 커버(224)의 가장자리와 상기 하부 막(222)의 가장자리는 상기 가스 주입 라인(230)과 상기 가스 배기 라인(240)에 접하거나 고정될 수 있다.
상기 가스 주입 라인(230)은 상기 외부 용기(210)의 일측 내에 배치될 수 있다. 상기 가스 주입 라인(230)은 상기 외부 용기(210) 상의 상기 제 2 밸브(34)로부터 상기 외부 용기(210)의 내부 바닥(212)으로 연장할 수 있다. 상기 가스 주입 라인(230)은 상기 외부 용기(210)의 일측 측벽과 상기 내부 용기(220)의 일측 측벽 사이에 개재될 수 있다. 상기 가스 주입 라인(230)은 상기 외부 용기(210)의 일측 측벽 상에 접하거나 고정될 수 있다. 상기 가스 주입 라인(230)은 주입구(232)를 가질 수 있다. 상기 주입구(232)는 상기 외부 용기(210)의 내부 바닥(212)에 인접한 상기 전구체 이동 공간(202) 내에 배치될 수 있다. 상기 캐리어 가스(31)는 상기 주입구(232)를 통해 상기 전구체 이동 공간(202) 내에 제공될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 상기 주입구(232)는 상기 캐리어 가스(31)를 상기 하부 막(222)의 방향으로 제공할 수 있다.
상기 가스 배기 라인(240)은 상기 외부 용기(210)의 타측 내에 배치될 수 있다. 상기 가스 배기 라인(240)은 상기 외부 용기(210) 상의 상기 제 1 밸브(24)로부터 상기 내부 용기(220)의 하부 막(222)의 하부면으로 연장할 수 있다. 상기 가스 배기 라인(240)은 상기 외부 용기(210)의 타측 측벽과 상기 내부 용기(220)의 타측 측벽 사이에 개재될 수 있다. 상기 가스 배기 라인(240)은 상기 외부 용기(210)의 타측 측벽에 접하거나 고정될 수 있다. 상기 가스 배기 라인(240)은 배기구(242)를 가질 수 있다. 상기 배기구(242)는 상기 하부 막(222)에 인접한 상기 전구체 이동 공간(202) 내에 배치될 수 있다. 상기 전구체 이동 공간(202) 내의 상기 전구체(21)와 상기 캐리어 가스(31)는 상기 배기구(242)를 통해 상기 가스 배기 라인(240)으로 배기될 수 있다. 상기 가스 배기 라인(240) 내의 상기 전구체(21)와 상기 캐리어 가스(31)는 상기 챔버(10)로 제공될 수 있다.
상기 외부 히터(250)는 상기 외부 용기(210)의 외주면 상에 배치될 수 있다. 상기 외부 히터(250)는 상기 외부 용기(210)를 가열할 수 있다. 전구체(21)의 생성량은 전구체 소스(50)의 온도에 비례하여 증가할 수 있다. 상기 외부 히터(250)는 상기 외부 히터(250)를 상기 전구체 소스(50)의 기화점 또는 승화점 이하로 가열할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 상기 전구체(21)의 누적 공급 량이 증가함에 따라 상기 내부 용기(220) 내의 상기 전구체 소스(50)의 잔류량은 감소할 수 있다. 상기 전구체 소스(50)가 소모되면, 상기 상부 커버(224) 내에 상기 전구체 소스(50)의 소스 소모 공간(204)이 형성될 수 있다. 상기 소스 소모 공간(204)은 상기 전구체 소스(50)의 상부 면과 상기 상부 커버(224)의 상부 내부 면 사이의 내부 공간으로 정의될 수 있다. 상기 전구체 소스(50)의 잔류량이 감소함에 따라 상기 소스 소모 공간(204)은 커지거나 확장될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 하부 막(222)과 상기 전구체 소스(50)는 상기 전구체 이동 공간(202)과 상기 소스 소모 공간(204)을 분리할 수 있다. 상기 소스 소모 공간(204)의 크기는 상기 전구체 소스(50)의 잔류량에 반비례할 수 있다. 상기 전구체 소스(50)의 잔류량이 감소하면, 상기 소스 소모 공간(204)의 크기는 증가할 수 있다. 반면, 상기 전구체 이동 공간(202)의 크기는 상기 전구체 소스(50)의 잔류량과 상관없이 항시 일정할 수 있다. 또한 상기 전구체 이동 공간(202) 내의 상기 전구체(21) 및 상기 캐리어 가스(31)의 공급 압력은 일정할 수 있다. 따라서, 하부 막(222)은 상기 전구체 소스(50)의 소모에 따른 상기 전구체(21) 및 상기 캐리어 가스(31)의 공급 압력의 감소를 방지 및/또는 제거할 수 있다. 상기 전구체(21) 및 상기 캐리어 가스(31)의 공급 압력의 감소에 기인하는 박막의 증착률 감소는 방지될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 상기 전구체 소스(50)가 모두 소진되어 없어지면, 상기 하부 막(222)은 상기 전구체 이동 공간(202)과 상기 소스 소모 공간(204)의 경계에 존재할 수 있다. 따라서, 상기 전구체 이동 공간(202)과 상기 소스 소모 공간(204)은 상기 하부 막(222)에 의해 분리될 수 있다.
도 3은 도 1의 전구체 공급 부(20)의 다른 예를 보여준다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 전구체 공급 부(20)는 내부 히터들(260)을 더 포함할 수 있다. 외부 용기(210), 내부 용기(220), 가스 주입 라인(230) 및 가스 배기 라인(240)은 도 2a 및 도 2b의 구성과 동일할 수 있다.
상기 내부 히터들(260)은 상기 내부 용기(220)의 하부 막(222)의 위 아래에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 내부 히터들(260)의 각각은 그리드 히터를 포함할 수 있다. 상기 내부 히터들(260)은 상기 하부 막(222)을 가열할 수 있다. 상기 내부 히터들(260) 상기 하부 막(222)에 인접한 상기 전구체 소스(50)를 국부적으로 가열할 수 있다. 상기 내부 히터들(260)은 상기 하부 막(222)의 계면에서의 상기 전구체 소스(50)의 기화 및/또는 승화를 가속시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 내부 히터들(260)은 상기 내부 용기(220)의 하부 막(222)의 상부와 하부에 배치될 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 내부 히터들(260)은 상부 히터(262)와 하부 히터(264)를 포함할 수 있다.
상기 상부 히터(262)는 상기 하부 막(222)의 상부 면 상에 배치될 수 있다. 상기 상부 히터(262)는 상기 하부 막(222)과 상기 전구체 소스(50) 사이에 배치될 수 있다. 상기 상부 히터(253)는 상기 하부 막(222)에 인접하는 상기 전구체 소스(50)를 직접적 및/또는 국부적으로 가열할 수 있다. 상기 전구체(21)의 생성량은 상기 상부 히터(253)의 가열 온도에 비례하여 증가할 수 있다.
상기 하부 히터(255)는 상기 하부 막(222)의 하부 면 상에 배치될 수 있다. 상기 하부 히터(264)는 상기 하부 막(222) 아래의 상기 캐리어 가스(31)의 대류 속도를 증가시킬 수 있다. 상기 캐리어 가스(31)의 대류 속도가 증가하면, 상기 전구체(21)의 생성량은 증가할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 기판 처리 장치(100)를 이용한 반도체 소자의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 반도체 소자의 제조방법(S100)을 보여준다.
도 4를 참조하면, 반도체 소자의 제조방법(S100)은 원자층 증착 방법을 포함할 수 있다. 이와 달리, 반도체 소자의 제조방법(S100)은 화학기상증착 방법 또는 플라즈마 식각 방법을 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 반도체 소자의 제조방법(S100)은, 상기 전구체 공급 부(20) 내에 상기 캐리어 가스(31)를 공급하는 단계(S10), 상기 기판(W) 상에 상기 전구체(21) 및 상기 캐리어 가스(31)를 제공하는 단계(S20), 상기 기판(W) 상에 상기 반응 가스(41)를 제공하는 단계(S30) 및 박막의 두께가 정해진 두께인지를 판별하는 단계(S40)를 포함한다.
먼저, 캐리어 가스 공급 부(30)는 상기 전구체 공급 부(20) 내에 상기 캐리어 가스(31)를 제공한다(S10). 상기 캐리어 가스(31)는 상기 전구체 이동 공간(202) 내에 제공될 수 있다.
다음, 상기 전구체 공급 부(20)는 상기 캐리어 가스(31)와 상기 전구체(21)를 상기 챔버(10) 내의 상기 기판(W) 상에 제공한다(S20). 상기 전구체(21)는 상기 전구체 소스(50)의 소모에 따른 공급 압력의 감소 없이 상기 챔버(10)로 제공될 수 있다.
도 5는 도 4의 전구체(21)와 상기 캐리어 가스(31)를 공급하는 단계(S20)의 일 예를 보여준다.
도 5를 참조하면, 상기 전구체(21)와 상기 캐리어 가스(31)를 제공하는 단계(S20)는 상기 하부 막(222)을 통해 상기 전구체 소스(50)에 상기 캐리어 가스(31)를 제공하는 단계(S22), 상기 캐리어 가스(31)를 이용하여 상기 전구체 소스(50)로부터 상기 전구체(21)를 획득하는 단계(S24) 및 상기 캐리어 가스(31)와 상기 전구체(21)를 배기하는 단계(S26)를 포함할 수 있다.
상기 전구체 공급 부(20)는 상기 가스 주입 라인(230)을 통해 상기 전구체 이동 공간(202) 내에 상기 캐리어 가스(31)를 주입하여 상기 구멍들(221)을 통해 상기 전구체 소스(50)에 상기 캐리어 가스(31)를 제공한다(S22). 상기 캐리어 가스(31)는 액체 또는 고체의 상기 전구체 소스(50)를 기화 및/또는 승화시켜 상기 구멍들(221) 내에 전구체(21)를 생성할 수 있다. 상기 전구체 소스(50)가 소모되면, 상기 내부 용기(220)의 상부 커버(224) 내에 소스 소모 공간(204)이 형성될 수 있다. 상기 전구체 소스(50)의 잔류량이 감소하면, 상기 소스 소모 공간(204)의 크기는 증가할 수 있다.
다음, 상기 전구체 공급 부(20)는 상기 하부 막(222) 아래의 상기 전구체 이동 공간(202)으로 상기 전구체(21)를 획득한다(S24). 상기 전구체(21)는 상기 하부 막(222) 아래의 상기 전구체 이동 공간(202) 내에 유입될 수 있다. 상기 전구체(21) 및 상기 캐리어 가스(31)는 전구체 이동 공간(202) 내에 혼합될 수 있다. 전구체 이동 공간(202)의 크기가 일정하기 때문에 상기 전구체 이동 공간(202) 내의 상기 전구체(21) 및 상기 캐리어 가스(31)의 공급 압력은 일정할 수 있다.
그 다음, 상기 전구체 공급 부(20)는 상기 가스 배기 라인(240)을 통해 상기 캐리어 가스(31) 및 상기 전구체(21)를 공급한다(S26). 상기 전구체(21) 및 상기 캐리어 가스(31)의 공급 압력은 상기 전구체 소스(50)의 소모와 상관없이 항시 일정할 수 있다. 상기 전구체(21)는 상기 챔버(10) 내의 상기 기판(W) 상에 단일 층의 전구체(미도시)를 형성할 수 있다.
도시되지는 않았지만, 상기 챔버(10) 내에 퍼지 가스가 제공될 수 있다. 상기 퍼지 가스는 상기 챔버(10) 내의 상기 전구체(21)를 제거할 수 있다.
도 4를 다시 참조하면, 상기 반응 가스 공급 부(40)는 상기 반응 가스(41)를 상기 기판(W) 상으로 제공한다(S30). 상기 반응 가스(41)는 상기 기판(W) 상의 상기 전구체(21)의 전구체와 반응하여 박막을 증착할 수 있다. 상기 박막은 약 수ÅA 내지 약 수nm의 두께를 갖는 단일 층 및/또는 원자 층을 포함할 수 있다.
도시되지는 않았지만, 상기 챔버(10) 내에 퍼지 가스가 제공될 수 있다. 상기 퍼지 가스는 상기 챔버(10) 내의 상기 반응 가스(41)를 제거할 수 있다.
이후, 제어 부(미도시)는 상기 박막의 두께가 정해진 두께인지를 판별한다(S40). 상기 박막의 두께가 정해진 두께가 아니면, S10의 단계 내지 S40의 단계는 반복적으로 수행될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (20)

  1. 외부 용기;
    상기 외부 용기 내에 배치되고, 전구체 소스를 저장하는 내부 용기;
    상기 내부 용기 아래의 상기 외부 용기 내에 배치되어 상기 외부 용기 내에 캐리어 가스를 제공하는 주입구를 갖는 가스 주입 라인; 및
    상기 내부 용기 아래의 상기 외부 용기 내에 배치되어 상기 외부 용기 내의 상기 캐리어 가스와, 상기 전구체 소스로부터 생성된 전구체를 배기하는 배기구를 갖는 가스 배기 라인을 포함하되,
    상기 내부 용기는 상기 캐리어 가스 및 상기 전구체를 통과시키는 구멍들을 갖고, 상기 전구체 소스를 지지하는 하부 막을 포함하되,
    상기 하부 막은 그의 하부 면과 상기 외부 용기의 내부 바닥 사이의 제 1 내부 공간으로 정의되는 전구체 이동 공간을 제공하는 전구체 공급 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 막은 다공성 알루미나, 다공성 티타니아, 또는 다공성 지르코니아를 포함하는 전구체 공급 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 주입구와 상기 배기구는 상기 하부 막과 상기 외부 용기의 내부 바닥 사이에 배치되는 전구체 공급 유닛
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 주입구는 상기 외부 용기의 상기 내부 바닥에 인접하여 배치되되,
    상기 배기구는 상기 하부 막에 인접하여 배치되는 전구체 공급 유닛.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 막은 상기 전구체 이동 공간으로부터 상기 내부 용기 내부의 상기 전구체 소스 상의 소스 소모 공간을 분리하는 전구체 공급 유닛.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 내부 용기는 상기 하부 막 상의 상기 전구체 소스를 덮는 상부 커버를 포함하되,
    상기 소스 소모 공간은 상기 전구체 소스의 상부 면과 상기 상부 커버의 상부 내부 면 사이의 제 2 내부 공간으로 정의되는 전구체 공급 유닛.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 용기의 외부에 배치되어 상기 외부 용기를 가열하는 외부 히터를 더 포함하는 전구체 공급 유닛.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 외부 용기 내에 배치되고, 상기 하부 막을 가열하는 내부 히터를 더 포함하는 전구체 공급 유닛.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 내부 히터는 상기 하부 막의 상부면 상에 배치되는 상부 히터를 포함하는 전구체 공급 유닛.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 내부 히터는 상기 하부 막의 하부 면 상에 배치되는 하부 히터를 더 포함하는 전구체 공급 유닛.
  11. 기판을 수납하는 서셉터를 구비한 챔버;
    상기 기판 상에 전구체를 제공하는 전구체 공급 유닛; 및
    상기 챔버 내에 상기 전구체를 운반하는 캐리어 가스를 상기 전구체 공급 부 내에 제공하는 캐리어 가스 공급 유닛을 포함하되,
    상기 전구체 공급 유닛은:
    외부 용기;
    상기 외부 용기 내에 배치되고, 전구체 소스를 저장하는 내부 용기;
    상기 내부 용기 아래의 상기 외부 용기 내에 배치되어 상기 외부 용기 내에 캐리어 가스를 제공하는 주입구를 갖는 가스 주입 라인; 및
    상기 내부 용기 아래의 상기 외부 용기 내에 배치되어 상기 외부 용기 내의 상기 캐리어 가스와 상기 전구체를 배기하는 배기구를 갖는 가스 배기 라인을 포함하되,
    상기 내부 용기는 상기 캐리어 가스 및 상기 전구체를 통과시키는 구멍들을 갖고, 상기 전구체 소스를 지지하는 하부 막을 포함하되,
    상기 하부 막은 그의 하부 면과 상기 외부 용기의 내부 바닥 사이의 제 1 내부 공간으로 정의되는 전구체 이동 공간을 제공하는 기판 제조 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전구체 공급 유닛을 상기 챔버로 연결하는 제 1 가스 라인; 및
    상기 제 1 가스 라인에 연결되고, 상기 전구체 및 상기 캐리어 가스의 유량을 제어하는 제 1 밸브를 더 포함하되,
    상기 가스 배기 라인은 상기 제 1 밸브로 연결되는 기판 제조 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 밸브는 상기 외부 용기의 일측 상에 배치되되,
    상기 가스 배기 라인은 상기 내부 용기의 일측 측벽과 상기 외부 용기의 일측 측벽 사이에 개재되고, 상기 제 1 밸브로부터 상기 하부 막의 하부 면까지 연장하는 기판 제조장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 캐리어 가스 공급 유닛을 상기 전구체 공급 라인으로 연결하는 제 2 가스 라인; 및
    상기 제 2 가스 라인에 연결되고, 상기 캐리어 가스의 유량을 제어하는 제 2 밸브를 더 포함하되,
    상기 가스 주입 라인은 상기 제 2 밸브로 연결되는 기판 제조 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 밸브는 상기 외부 용기의 타측 상에 배치되되,
    상기 가스 주입 라인은 상기 내부 용기의 타측 측벽과 상기 외부 용기의 타측 사이에 개재되고, 상기 제 2 밸브로부터 상기 외부 용기의 내부 바닥 면까지 연장하는 기판 제조 장치.
  16. 챔버 내의 기판 상에 전구체 및 캐리어 가스를 제공하는 단계; 및
    상기 전구체와 반응하는 반응 가스를 상기 기판 상에 제공하여 상기 기판 상에 박막을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 전구체 및 캐리어 가스를 제공하는 단계는:
    전구체 소스를 저장하는 내부 용기의 하부 막과 외부 용기의 내부 바닥 사이의 전구체 이동 공간으로 캐리어 가스를 공급하는 단계;
    상기 하부 막의 구멍들을 통해 상기 하부 막 상의 상기 전구체 소스에 상기 캐리어 가스를 제공하는 단계; 및
    상기 캐리어 가스를 이용하여 상기 내부 용기 내의 상기 전구체 소스의 소모에 따른 상기 캐리어 가스 및 상기 전구체의 공급 압력의 감소 없이 상기 구멍들을 통해 상기 전구체를 획득하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 하부 막은 상기 캐리어 가스 및 상기 전구체를 통과시키는 구멍들을 갖고, 상기 전구체 소스를 지지하여 상기 전구체 소스 상의 소스 소모 공간과 상기 전구체 이동 공간을 분리하는 반도체 소자의 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 전구체 및 상기 캐리어 가스를 제공하는 단계는 상기 전구체 이동 공간 내의 상기 전구체 및 상기 캐리어 가스를 배기하여 상기 전구체 및 상기 캐리어 가스를 상기 챔버로 공급하는 단계를 더 포함하는 반도체 소자의 제조방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 전구체의 제공 후 또는 상기 반응 가스의 제공 후에 상기 챔버 내에 퍼지 가스를 제공하는 단계를 더 포함하는 반도체 소자의 제조방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 박막을 형성하는 단계는 원자 층을 증착하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법.
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