KR20190098533A - 산화물 박막의 제조 장치와 제조 방법 및 그 산화물 박막을 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

산화물 박막의 제조 장치와 제조 방법 및 그 산화물 박막을 포함하는 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 출원은 서로 다른 증기압을 갖는 복수의 유기 물질을 포함하는 산화물 박막을 기판 상에 균일한 조성과 두께로 형성할 수 있는 산화물 박막의 제조 장치와 제조 방법을 제공하는 것으로, 본 출원에 따른 산화물 박막의 제조 장치는 챔버 리드의 제 1 가스 주입구와 하나 이상의 제 2 가스 주입구에 연결된 가스 분사 모듈, 제 1 가스 주입구에 연결되고 제 1 증기압을 갖는 제 1 소스 가스를 제공하는 제 1 소스 컨테이너 모듈, 제 1 소스 컨테이너 모듈에 제 1 캐리어 가스를 공급하는 제 1 캐리어 가스 공급 모듈, 제 1 가스 주입구에 연결되고 제 1 증기압과 다른 제 2 증기압을 갖는 제 2 소스 가스를 제공하는 제 2 소스 컨테이너 모듈, 제 2 소스 컨테이너 모듈과 제 1 가스 주입구 사이의 가스 경로에 포스 가스를 공급하는 포스 가스 공급 모듈, 하나 이상의 제 2 가스 주입구에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 모듈, 및 제 1 가스 주입구에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 모듈을 포함할 수 있다.

Description

산화물 박막의 제조 장치와 제조 방법 및 그 산화물 박막을 포함하는 디스플레이 장치{APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING OF OXIDE FILM AND DISPLAY DEVICE COMPRISING THE OXIDE FILM}
본 출원은 산화물 박막의 제조 장치와 제조 방법 및 그 산화물 박막을 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
산화물 박막, 유기 금속 산화물 박막 또는 금속 산화물 박막(이하, "산화물 박막"이라 통칭 함)은 디스플레이 장치, 태양 전지, 또는 반도체 발광 소자 등의 기판 상에 형성되는 보호층, 투명 도전층, 또는 반도체층으로 사용되고 있다. 이러한 산화물 박막은 스퍼터링 증착 방법 또는 유기 금속 화학 기상 증착(MOCVD) 방법에 의해 기판 상에 형성될 수 있다. 최근에는, 기판 상에 증착되는 산화물 박막의 물질 조성과 두께를 균일하게 제어할 수 있는 MOCVD 방법 및 이를 이용한 산화물 박막의 제조 장치에 대한 연구 및 개발이 진행되고 있다.
종래의 MOCVD 방법은 산화물 박막을 형성하기 위한 각기 다른 유기 금속 소스 물질이 저장된 복수의 소스 공급 장치 각각에 동일한 캐리어 가스(carrier Gas)를 공급하면서 복수의 소스 공급 장치 각각에서 발생되는 복수의 소스 가스를 반응 챔버에 주입하여 기판 상에 산화물 박막을 형성한다(특허문헌 1 및 2).
그러나, 종래의 MOCVD 방법은 제 4 세대(예를 들어, 1100mm×1250mm) 이상의 크기를 갖는 기판 상에 산화물 박막을 균일한 조성과 두께로 증착(또는 흡착)하기 위해서는 상대적으로 긴 시간 동안 소스 가스를 주입하고 퍼지하는 과정을 필요로 하고, 이로 인한 낮은 증착 속도에 따른 생산성 저하로 인하여 대면적 기판의 제조 공정, 특히 디스플레이 장치의 제조 공정에 적용하는데 어려움이 있다.
그리고, 산화물 박막을 형성하기 위한 복수의 소스 가스 각각의 증기압은 서로 다른 값을 갖는다. 예를 들어, 복수의 소스 가스 중 일부는 수 ~ 수십 Torr의 증기압을 가질 수 있고, 나머지는 수백 Torr의 증기압을 가질 수 있다. 이러한 서로 다른 증기압을 갖는 복수의 소스 가스 각각을 캐리어 가스로 반응 챔버로 주입하여 기판 상에 산화물 박막을 형성할 경우에, 반응 챔버에 주입되는 복수의 소스 가스 각각의 주입량(또는 소스 유량)을 미세하게 제어하는데 어려움이 있다. 일 예로, 서로 다른 증기압을 갖는 소스 가스에 대해 동일한 캐리어 가스를 이용하여 주입량을 제어할 경우 반응 챔버에 주입되는 소스 가스 간의 주입량(또는 유량)이 수백배까지 차이가 발생됨에 따라 소스 가스의 주입량을 균일하게 제어할 수 없으며, 특히 수백 Torr의 증기압을 갖는 소스 가스의 유량 제어 및/또는 농도 제어가 불가능하다.
이에 따라, 서로 다른 증기압을 갖는 소스 가스 간의 불균일한 주입량으로 인하여 기판 상에 형성되는 산화물 박막의 조성 또는 두께가 불균일하다는 문제점이 있다.
1. 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0019623호 2. 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0017554호
본 출원은 서로 다른 증기압을 갖는 복수의 유기 금속을 포함하는 산화물 박막을 기판 상에 균일한 조성과 두께로 형성할 수 있는 산화물 박막의 제조 장치와 제조 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 출원은 균일한 조성과 두께의 산화물 박막을 포함하는 디스플레이 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 출원에 따른 산화물 박막의 제조 장치는 반응 공간을 갖는 하부 챔버, 반응 공간에 설치되고 기판을 지지하는 서셉터, 반응 공간을 밀폐하고 제 1 가스 주입구와 하나 이상의 제 2 가스 주입구를 갖는 챔버 리드, 서셉터와 마주하도록 챔버 리드에 설치되고 제 1 가스 주입구와 하나 이상의 제 2 가스 주입구에 연결된 가스 분사 모듈, 제 1 가스 주입구에 연결되고 제 1 증기압을 갖는 제 1 소스 가스를 제공하기 위한 제 1 소스 컨테이너 모듈, 제 1 소스 컨테이너 모듈에 제 1 캐리어 가스를 공급하는 제 1 캐리어 가스 공급 모듈, 제 1 가스 주입구에 연결되고 제 1 증기압과 다른 제 2 증기압을 갖는 제 2 소스 가스를 제공하기 위한 제 2 소스 컨테이너 모듈, 제 2 소스 컨테이너 모듈과 제 1 가스 주입구 사이의 가스 경로에 포스 가스를 공급하는 포스 가스 공급 모듈, 하나 이상의 제 2 가스 주입구에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 모듈, 및 제 1 가스 주입구에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 모듈을 포함할 수 있다.
본 출원에 따른 산화물 박막의 제조 장치는 제 1 가스 주입구에 연결되고 제 2 증기압과 다른 제 3 증기압을 갖는 제 3 소스 가스를 제공하기 위한 제 3 소스 컨테이너 모듈, 및 제 3 소스 컨테이너 모듈에 제 2 캐리어 가스를 공급하는 제 2 캐리어 가스 공급 모듈을 더 포함하며, 제 1 가스 주입구에 공급되는 제 3 소스 가스의 유량은 제 2 캐리어 가스에 의해 제어될 수 있다.
본 출원에 따른 산화물 박막의 제조 장치는 제 1 가스 주입구에 연결되고 제 2 증기압과 다른 제 4 증기압을 갖는 제 4 소스 가스를 제공하기 위한 제 4 소스 컨테이너 모듈, 및 제 4 소스 컨테이너 모듈에 제 3 캐리어 가스를 공급하는 제 3 캐리어 가스 공급 모듈을 더 포함하며, 제 1 가스 주입구에 공급되는 제 4 소스 가스의 유량은 제 3 캐리어 가스에 의해 제어될 수 있다.
본 출원에 따른 산화물 박막의 제조 방법은 공정 챔버의 제 1 가스 주입구에 연결된 제 1 소스 컨테이너 모듈에서 제 1 증기압을 갖는 제 1 소스 가스를 생성하는 단계, 제 1 가스 주입구에 연결된 제 2 소스 컨테이너 모듈에서 제 1 증기압과 다른 제 2 증기압을 갖는 제 2 소스 가스를 생성하는 단계, 제 1 소스 컨테이너 모듈에 제 1 캐리어 가스를 공급하여 제 1 소스 가스를 제 1 가스 주입구에 공급하는 단계, 제 2 소스 컨테이너 모듈과 제 1 가스 주입구 사이의 가스 경로에 포스 가스를 공급하여 제 2 소스 가스를 제 2 가스 주입구에 공급하는 단계, 공정 챔버의 하나 이상의 제 2 가스 주입구에 반응 가스를 공급하는 단계, 제 1 가스 주입구에 퍼지 가스를 공급하는 단계, 및 제 1 및 제 2 소스 가스와 상기 반응 가스 및 상기 퍼지 가스를 기판 상에 분사하는 단계를 포함할 수 있다.
본 출원에 따른 산화물 박막의 제조 방법은 제 1 가스 주입구에 연결된 제 3 소스 컨테이너 모듈에서 제 2 증기압과 다른 제 3 증기압을 갖는 제 3 소스 가스를 생성하는 단계, 및 제 3 소스 컨테이너 모듈에 제 2 캐리어 가스를 공급하여 제 3 소스 가스를 제 1 가스 주입구에 공급하는 단계를 더 포함하며, 제 1 가스 주입구에 공급되는 제 3 소스 가스의 유량은 제 2 캐리어 가스에 의해 제어될 수 있다.
본 출원에 따른 디스플레이 장치는 기판, 및 기판 상의 박막 트랜지스터를 포함하고, 박막 트랜지스터는 기판 상의 산화물 반도체층, 산화물 반도체층과 절연되고 산화물 반도체층과 적어도 일부에 중첩되는 게이트 전극, 산화물 반도체층과 연결된 소스 전극, 및 소스 전극과 이격되고 상기 산화물 반도체층과 연결된 드레인 전극을 포함하며, 산화물 반도체층은 본 출원에 따른 산화물 박막의 제조 방법에 의해 형성될 수 있다.
본 출원의 일 예에 따르면, 산화물 반도체층은 기판 상의 수소 차단층, 및 수소 차단층 상의 활성층을 포함하며, 수소 차단층 또는 활성층은 본 출원에 따른 산화물 박막의 제조 장치 또는 방법에 의해 형성될 수 있다.
본 출원의 일 예에 따른 디스플레이 장치는 기판과 산화물 반도체층 사이에 배치된 광차단층을 더 포함하며, 광 차단층은 본 출원에 따른 산화물 박막의 제조 장치 또는 방법에 의해 형성될 수 있다.
본 출원에 따른 산화물 박막의 제조 장치와 제조 방법은 서로 다른 증기압을 갖는 복수의 유기 금속을 포함하는 산화물 박막을 기판 상에 균일한 조성과 두께로 형성할 수 있다.
본 출원에 따른 디스플레이 장치는 균일한 조성과 두께의 산화물 박막 또는 균일한 조성과 두께의 산화물 반도체층을 갖는 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다.
위에서 언급된 본 출원의 효과 외에도, 본 출원의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 공정 챔버를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 방법에 따른 산화물 박막의 성막 메커니즘을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 출원의 다른 예에 따른 산화물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 출원의 또 다른 예에 따른 산화물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 출원의 또 다른 예에 따른 산화물 박막의 제조 방법에 따른 산화물 박막의 성막 메커니즘을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 출원의 일 따른 산화물 박막의 제조 장치에서, 다른 예에 따른 공정 챔버를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 출원의 일 예에 따른 박막 트랜지스터의 단면도이다.
도 10은 본 출원의 일 예에 따른 박막 트랜지스터의 다른 단면도이다.
도 11은 본 출원의 일 예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.
본 출원의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 일 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 출원은 이하에서 개시되는 일 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 출원의 일 예들은 본 출원의 개시가 완전하도록 하며, 본 출원의 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 출원의 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 출원의 일 예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 출원이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 출원의 예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 출원의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제 1, 제 2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제 1 구성요소는 본 출원의 기술적 사상 내에서 제 2 구성요소일 수도 있다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미할 수 있다.
본 출원의 여러 예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하에서는 본 출원에 따른 산화물 박막의 제조 장치와 제조 방법 및 그 산화물 박막을 포함하는 디스플레이 장치의 바람직한 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다
도 1은 본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 장치를 나타내는 도면이며, 도 2는 도 1에 도시된 공정 챔버를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 장치는 소스 가스(source gas)와 반응 가스(reactant gas) 및 퍼지 가스(purge gas)를 기반으로 반응 공간(또는 공정 공간)에 배치된 기판(S) 상에 산화물 박막, 금속 산화물 박막 또는 유기 금속 산화물 박막(이하, "산화물 박막"이라 통칭 함)을 형성할 수 있다. 즉, 본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 장치는 통상적인 저압(또는 저진공) 분위기에서 반응 공간에 공급되는 소스 가스와 반응 가스 및 퍼지 가스를 기반으로 하는 유기 금속 화학 기상 증착(MOCVD) 공정을 통해 기판(S) 상에 고밀도 및 고순도의 산화물 박막을 형성할 수 있다. 일 예에 따른 산화물 박막은 디스플레이 장치, 태양 전지, 또는 반도체 발광 소자 등의 기판 상에 형성되는 보호층, 투명 도전층, 또는 산화물 반도체층일 수 있다. 일 예로서, 산화물 반도체층을 형성하기 위한 산화물 박막은 IGZO(InGaZnO)계, IGZTO(InGaZnSnO)계, IZO(InZnO)계, 또는 IGO(InGaO)계 등을 포함할 수 있다. 일 예로서, 투명 도전층을 형성하기 위한 산화물 박막은 IZO(InZnO)계 등을 포함할 수 있다. 그리고, 보호층을 형성하기 위한 산화물 박막은 GZO(GaZnO)계 등을 포함할 수 있다.
본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 장치는 공정 챔버(100), 제 1 소스 컨테이너 모듈(210), 제 1 캐리어 가스 공급 모듈(220), 제 2 소스 컨테이너 모듈(230)(source container module), 포스 가스 공급 모듈(240)(force gas supplymodule), 반응 가스 공급 모듈(250), 및 퍼지 가스 공급 모듈(260)을 포함할 수 있다. 그리고, 본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 장치는 가스 주입관(GIP) 및 소스 가스 배관(SGPL)을 더 포함한다. 여기서, 제 1 및 제 2 소스 컨테이너 모듈(210, 230)과 제 1 캐리어 가스 공급 모듈(220) 및 포스 가스 공급 모듈(240)은 소스 가스 공급부를 구성하고, 반응 가스 공급 모듈(250)은 반응 가스 공급부를 구성하며, 퍼지 가스 공급 모듈(260)은 퍼지 가스 공급부를 구성할 수 있다.
상기 공정 챔버(100)는 소스 컨테이너 모듈(210, 230)과 가스 공급 모듈(220, 240, 250, 260)로부터 저압 분위기의 반응 공간에 공급되는 소스 가스와 반응 가스 및 퍼지 가스를 기반으로 하는 MOCVD 공정을 통해 기판(S) 상에 산화물 박막을 형성할 수 있다. 일 예에 따른 공정 챔버(100)는 소스 가스 주입 공정, 소스 가스 퍼지 공정, 반응 가스 주입 공정, 및 반응 가스 퍼지 공정을 통해 기판(S) 상에 산화물 박막을 형성할 수 있다. 이때, 소스 가스 주입 공정, 소스 가스 퍼지 공정, 반응 가스 주입 공정, 및 반응 가스 퍼지 공정 각각의 시간은 생산성 향상을 위해 20Å/min 이상의 증착 속도를 가질 수 있도록 1초 이하, 바람직하게는 0.3 ~ 0.7초로 설정될 수 있다.
일 예에 따른 공정 챔버(100)는 하부 챔버(110), 서셉터(120), 챔버 리드(130), 및 가스 분사 모듈(140)를 포함할 수 있다.
상기 하부 챔버(110)는 산화물 박막의 증착을 위한 반응 공간을 제공한다. 하부 챔버(110)는 기판(S)이 출입하는 게이트 밸브를 포함할 수 있다. 그리고, 하부 챔버(110)는 반응 공간의 가스 등을 배기시키기 위한 배기구(111)를 포함할 수 있다.
상기 서셉터(120)는 하부 챔버(110)의 반응 공간에 설치되고 기판(S)을 지지한다. 일 예로서, 서셉터(120)은 하나의 대면적 기판을 지지할 수 있으며, 이 경우, 상기 대면적 기판(S)은 제 4 세대(예를 들어, 1100mm×1250mm) 이상의 크기를 가질 수 있다. 다른 예로서, 서셉터(120)는 적어도 하나의 기판(S)을 지지할 수 있으며, 이 경우, 적어도 하나의 기판(S)은 제 4 세대 미만의 크기를 가질 수 있다.
일 예에 따른 서셉터(120)는 하부 챔버(110)의 중앙 바닥면을 관통하는 지지대(121)에 의해 지지될 수 있다. 하부 챔버(110)의 바닥면 외부에 배치된 지지대(121)의 하부는 하부 챔버(110)의 바닥면 외부에 설치되는 벨로우즈(122)에 의해 밀폐된다.
상기 챔버 리드(130)는 반응 공간을 사이에 두고 하부 챔버(110)의 상부에 분리 가능하게 결합되어 하부 챔버(110)의 반응 공간을 밀폐시킨다. 챔버 리드(130)의 벽과 하부 챔버(110)의 챔버 벽 사이에는 밀폐 부재(125), 예를 들어 오-링이 설치될 수 있다.
일 예에 따른 챔버 리드(130)는 제 1 가스 주입구(131)와 하나 이상의 제 2 가스 주입구(133)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 가스 주입구(131)는 챔버 리드(130)의 중앙부를 수직 관통한다. 제 1 가스 주입구(131)는 소스 컨테이너 모듈(210, 230)과 제 1 캐리어 가스 공급 모듈(220) 및 포스 가스 공급 모듈(240)에 의해 공급되는 혼합 소스 가스 또는 퍼지 가스를 공급받는다. 여기서, 혼합 소스 가스는 제 1 소스 가스, 제 2 소스 가스, 제 1 캐리어 가스, 및 포스 가스(force gas)를 포함할 수 있다.
상기 하나 이상의 제 2 가스 주입구(133)는 챔버 리드(130)의 가장자리 부분을 수직 관통할 수 있다. 하나 이상의 제 2 가스 주입구(133)는 반응 가스 공급 모듈(250)로부터 반응 가스를 공급받을 수 있다. 일 예로서, 챔버 리드(130)는 제 1 가스 주입구(131)로부터 동일 거리로 이격된 챔버 리드(130)의 가장자리 부분에 형성된 4개의 제 2 가스 주입구(133)를 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 반응 가스를 기판(S) 상에 균일하게 분사하기 위해 규칙적 또는 비규칙적인 간격을 갖는 4개 이상의 제 2 가스 주입구(133)를 포함할 수도 있다.
일 예에 따른 챔버 리드(130)는 서셉터(120)와 마주하는 후면(또는 천정면)에 마련된 제 1 내지 제 3 오목부(135, 137, 139)를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 오목부(135)는 서셉터(120)와 마주하는 후면 가장자리를 제외한 나머지 후면으로부터 오목하게 형성될 수 있다. 제 1 오목부(135)는 평면적으로 챔버 리드(130)의 후면보다 작은 크기를 가질 수 있다.
상기 제 2 오목부(137)는 제 1 오목부(135)의 가장자리를 제외한 나머지 부분으로부터 오목하게 형성될 수 있다. 제 2 오목부(137)는 평면적으로 제 1 오목부(135)보다 작은 크기를 가질 수 있다.
상기 제 3 오목부(139)는 제 2 오목부(137)의 가장자리를 제외한 나머지 부분으로부터 오목하게 형성될 수 있다. 제 3 오목부(139)는 평면적으로 제 2 오목부(137)보다 작은 크기를 가질 수 있다.
상기 제 1 가스 주입구(131)는 제 3 오목부(139)의 정중앙부에 노출될 수 있고, 하나 이상의 제 2 가스 주입구(133)는 제 2 오목부(137)의 가장자리 부분에 노출될 수 있다.
상기 가스 분사 모듈(140)은 서셉터(120)와 마주하도록 챔버 리드(130)에 설치되고 제 1 가스 주입구(131)와 하나 이상의 제 2 가스 주입구(133)에 각각 연결된다. 이에 따라, 챔버 리드(130)의 내면과 가스 분사 모듈(140) 사이, 즉 제 3 오목부(139)는 제 1 가스 주입구(131)를 통해 주입되는 혼합 소스 가스 또는 퍼지 가스를 가스 분사 모듈(140) 상에 골고루 확산시키기 위한 가스 확산 공간(GDS)을 형성할 수 있다. 이러한 가스 분사 모듈(140)은 제 1 가스 주입구(131)와 제 3 오목부(139)를 경유하여 공급되는 혼합 소스 가스, 하나 이상의 제 2 가스 주입구(133)를 경유하여 공급되는 반응 가스, 및 제 1 가스 주입구(131)와 제 3 오목부(139)를 경유하여 공급되는 퍼지 가스 중 정해진 공정 싸이클에 해당하는 가스를 기판(S) 상에 분사한다. 그리고, 가스 분사 모듈(140)은 플라즈마를 이용하여 반응 가스를 플라즈마화하여 기판(S) 상에 분사할 수 있다.
일 예에 따른 가스 분사 모듈(140)은 샤워 헤드(141), 도전성 플레이트(143), 및 절연 플레이트(145)를 포함할 수 있다.
상기 샤워 헤드(141)는 서셉터(120)와 마주하는 챔버 리드(130)의 후면에 결합되어 제 1 가스 주입구(131)와 하나 이상의 제 2 가스 주입구(133)에 각각 연결된다. 예를 들어, 샤워 헤드(141)는 챔버 리드(130)의 후면에 형성된 제 3 오목부(139)를 덮도록 제 2 오목부(137)의 가장자리 부분에 설치 또는 고정될 수 있다.
일 예에 따른 샤워 헤드(141)는 샤워 바디(141a), 복수의 돌출부(141b), 복수의 제 1 샤워 홀(SH1), 복수의 가스 유로(GFP), 하나 이상의 반응 가스 주입 홀(GIH), 및 복수의 제 2 샤워 홀(SH2)을 포함할 수 있다.
상기 샤워 바디(141a)는 챔버 리드(130)의 후면에 형성된 제 3 오목부(139)를 덮도록 제 2 오목부(137)의 가장자리 부분에 설치 또는 고정된다. 샤워 바디(141a)는 도전성 재질로 이루어져 챔버 리드(130)를 통해 전기적으로 접지될 수 있으며, 이로 인하여 제 1 전극 또는 접지 전극으로 표현될 수 도 있다.
상기 복수의 돌출부(141b)는 서셉터(120)와 마주하는 챔버 리드(130)의 샤워 바디(141a)의 후면(또는 가스 분사면)에 일정한 간격으로 배열되고 샤워 바디(141a)의 후면으로부터 일정한 높이를 가지도록 서셉터(120) 쪽으로 돌출된다. 복수의 돌출부(141b)는 기판(S) 상에 분사되는 가스의 균일도에 기초하여 미리 설정된 간격을 갖는다. 복수의 돌출부(141b) 각각은 제 1 전극 또는 접지 전극으로 이용될 수 있다.
상기 복수의 제 1 샤워 홀(SH1) 각각은 제 1 가스 주입구(131)와 가스 확산 공간(GDS)을 경유하여 공급되는 혼합 소스 가스를 기판(S) 상에 분사한다. 일 예에 따른 복수의 제 1 샤워 홀(SH1) 각각은 샤워 바디(141a)의 두께 방향(Z)(또는 두께 방향)을 따라 샤워 바디(141a)와 복수의 돌출부(141b) 각각을 수직 관통하여 형성될 수 있다.
상기 복수의 가스 유로(GFP) 각각은 제 1 방향(X)으로 따라 길게 연장되면서 제 1 방향(X)과 교차하는 제 2 방향(Y)을 따라 일정한 간격을 가지도록 샤워 바디(141a)의 내부에 형성된다. 이때, 복수의 제 1 샤워 홀(SH1) 각각은 복수의 가스 유로(GFP) 각각에 연결되지 않도록 복수의 가스 유로(GFP) 사이에 배치된다.
상기 하나 이상의 반응 가스 주입 홀(GIH)은 하나 이상의 제 2 가스 주입구(133)와 중첩되면서 복수의 가스 유로(GFP) 각각의 일측 및/또는 타측과 교차하도록 샤워 바디(141a)의 내부에 형성된다. 이러한 하나 이상의 반응 가스 주입 홀(GIH)은 복수의 가스 유로(GFP) 각각과 연결됨과 아울러 하나 이상의 제 2 가스 주입구(133)와 연결됨으로써 하나 이상의 제 2 가스 주입구(133)를 경유하여 공급되는 반응 가스를 복수의 가스 유로(GFP) 각각에 공급한다.
상기 복수의 제 2 샤워 홀(SH2) 각각은 복수의 돌출부(141b) 각각에 인접하게 형성되어 복수의 가스 유로(GFP) 각각으로부터 공급되는 반응 가스를 기판(S) 상에 분사한다. 일 예에 따른 복수의 제 2 샤워 홀(SH2) 각각은 복수의 돌출부(141b) 각각과 인접한 복수의 가스 유로(GFP) 각각과 연결되도록 샤워 바디(141a)의 두께 방향(Z)(또는 두께 방향)을 따라 샤워 바디(141a)에 수직하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 돌출부(141b) 각각의 주변에는 적어도 4개의 제 2 샤워 홀(SH2)이 배치될 수 있다.
상기 도전성 플레이트(143)는 샤워 헤드(141)와 전기적으로 절연되도록 샤워 헤드(141)의 샤워 바디(141a)의 후면에 배치되고, 복수의 관통홀(143a)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 관통홀(143a) 각각은 복수의 돌출부(141b) 각각이 삽입 가능하면서 복수의 제 2 샤워 홀(SH2) 각각이 노출될 수 있는 크기를 가지도록 도전성 플레이트(143)를 수직 관통하여 형성된다.
일 예에 따른 도전성 플레이트(143)는 플라즈마 전원 공급부(101)에 전기적으로 접속된다. 도전성 플레이트(143)는 정해진 공정 싸이클에 따라 플라즈마 전원 공급부(101)로부터 선택적으로 공급되는 고주파 전력 또는 RF(Radio Frequency) 전력을 포함하는 플라즈마 전원에 따라 복수의 돌출부(141b) 각각의 주변에 플라즈마를 형성함으로써 복수의 제 2 샤워 홀(SH2) 각각으로부터 기판(S) 상으로 분사되는 반응 가스를 플라즈마화(또는 활성화)시킨다. 이에 따라, 도전성 플레이트(143)는 플라즈마 형성을 위한 제 2 전극 또는 플라즈마 전극으로 표현될 수 도 있다. 선택적으로, 도전성 플레이트(143)는 챔버 리드(130)를 통해 전기적으로 접지될 수 있으며, 이 경우, 샤워 헤드(141)는 상기 플라즈마 전원 공급부(101)에 전기적으로 접속된다.
상기 절연 플레이트(145)는 샤워 헤드(141)와 도전성 플레이트(143) 사이에 배치되어 샤워 헤드(141)와 도전성 플레이트(143)를 전기적으로 절연시킨다.
일 예에 따른 절연 플레이트(145)는 샤워 헤드(141)의 가스 분사면과 중첩되는 하나의 개구부(145a)를 포함할 수 있다. 이 경우, 절연 플레이트(145)는 샤워 헤드(141)의 후면 가장자리에 결합(또는 고정)되고, 도전성 플레이트(143)는 절연 플레이트(145)의 후면에 결합(또는 고정)될 수 있다.
다른 예에 따른 절연 플레이트(145)는 도전성 플레이트(143)에 마련된 복수의 관통홀(143a) 각각과 중첩되는 복수의 개구부를 포함할 수 있다. 이 경우, 절연 플레이트(145)는 샤워 헤드(141)에 마련된 복수의 돌출부(141b) 각각과 그 주변에 마련된 복수의 제 2 샤워 홀(SH2)을 제외한 나머지 샤워 헤드(141)의 후면에 결합(또는 고정)되고, 도전성 플레이트(143)는 절연 플레이트(145)에 마련된 복수의 개구부를 제외한 나머지 절연 플레이트(145)의 후면에 결합(또는 고정)될 수 있다.
일 예에 따른 공정 챔버(100)는 가스 확산 부재(150)를 더 포함할 수 있다.
상기 가스 확산 부재(150)는 챔버 리드(130)의 제 3 오목부(139) 또는 가스 확산 공간(GDS)에 배치된다. 이러한 가스 확산 부재(150)는 제 1 가스 주입구(131)를 경유하여 공급되는 혼합 소스 가스 또는 퍼지 가스의 흐름을 조절하여 가스 확산 공간(GDS) 내에 골고루 확산시킴으로써 혼합 소스 가스 또는 퍼지 가스가 가스 분사 모듈(140) 상에 균일하게 공급되도록 한다. 이러한 가스 확산 부재(150)는 배플 플레이트(baffle plate)로 표현될 수 있다.
일 예에 따른 공정 챔버(100)는 서셉터 구동 장치(160), 에지 프레임(170), 및 프레임 지지부(180)를 더 포함할 수 있다.
상기 서셉터 구동 장치(160)는 산화물 박막의 공정 순서에 따라 서셉터(120)를 승강시킨다. 서셉터 구동 장치(160)는 서셉터(120)에 결합된 지지대(121)를 승강시킨다.
상기 에지 프레임(170)은 서셉터(120)에 안착(또는 지지)된 기판(S)의 전면(前面) 가장자리 부분을 포함하는 서셉터(120)의 전면 가장자리 부분을 덮는다. 이러한 에지 프레임(170)은 기판(S) 상에 증착되는 산화물 박막의 증착 영역을 정의하고, 증착 물질이 기판의 증착 영역 이외의 기판(S)과 서셉터(120) 및 하부 챔버(110)에 증착되는 것을 방지한다. 이러한 에지 프레임(170)은 기판(S)이 안착된 서셉터(120)가 서셉터 구동 장치(160)에 의해 공정 위치로 상승할 때 서셉터(120)에 얹혀져 서셉터(120)와 함께 상승한다.
상기 프레임 지지부(180)는 하부 챔버(110)의 챔버 벽에 설치되어 기판(S)의 로딩/언로딩시 에지 프레임(170)을 지지한다. 에지 프레임(170)은 서셉터(120)가 서셉터 구동 장치(160)에 의해 공정 위치에서 로딩/언로딩 위치로 하강하는 도중에 프레임 지지부(180)에 지지됨으로써 로딩/언로딩 위치로 하강된 서셉터(120)로부터 분리될 수 있다.
상기 가스 주입관(GIP)은 챔버 리드(130)의 제 1 가스 주입구(131)에 연결된다.
상기 소스 가스 배관(SGPL)은 제 1 소스 컨테이너 모듈(210)과 제 2 소스 컨테이너 모듈(230) 각각과 가스 주입관(GIP) 사이에 연결된다. 일 예에 따른 소스 가스 배관(SGPL)은 제 1 소스 가스 공급관(PL1), 제 2 소스 가스 공급관(PL2), 및 제 1 분기관(BP1)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 소스 가스 공급관(PL1)은 가스 주입관(GIP)과 제 1 소스 컨테이너 모듈(210) 사이에 연결된다. 제 1 소스 가스 공급관(PL1)의 일단은 제 1 분기관(BP1)을 통해 가스 주입관(GIP)의 끝단에 연결되고, 제 1 소스 가스 공급관(PL1)의 타단은 제 1 소스 컨테이너 모듈(210)에 연결된다. 이때, 제 1 소스 가스 공급관(PL1)은 일자 형태를 가질 수 있지만, 이에 한정되지 않고, 가스 주입관(GIP)과 제 1 소스 컨테이너 모듈(210) 각각의 위치에 따라 적어도 하나의 벤딩부를 포함할 수 있다.
상기 제 2 소스 가스 공급관(PL2)은 가스 주입관(GIP)과 제 2 소스 컨테이너 모듈(230) 사이에 연결된다. 제 2 소스 가스 공급관(PL2)의 일단은 제 1 분기관(BP1)을 통해 가스 주입관(GIP)의 끝단에 연결되고, 제 2 소스 가스 공급관(PL2)의 타단은 제 2 소스 컨테이너 모듈(230)에 연결된다. 이때, 제 2 소스 가스 공급관(PL2)은 일자 형태를 가질 수 있지만, 이에 한정되지 않고, 가스 주입관(GIP)과 제 2 소스 컨테이너 모듈(230) 각각의 위치에 따라 적어도 하나의 벤딩부를 포함할 수 있다.
상기 제 1 소스 컨테이너 모듈(210)은 제 1 가스 주입구(131)에 연결되고 제 1 증기압을 갖는 제 1 소스 가스를 제공한다. 즉, 제 1 소스 컨테이너 모듈(210)은 소스 가스 배관(SGPL)의 제 1 소스 가스 공급관(PL1)과 제 1 분기관(BP1)을 통하여 제 1 가스 주입구(131)에 연결될 수 있다.
일 예에 따른 제 1 소스 컨테이너 모듈(210)은 제 1 소스 컨테이너(211), 제 1 유기 물질(213)(또는 제 1 유기 물질 전구체), 및 제 1 가열 수단을 포함할 수 있다.
상기 제 1 소스 컨테이너(211)는 제 1 유기 물질(213)을 제 1 소스 가스로 기화시키고, 제 1 캐리어 가스 공급 모듈(220)로부터 공급되는 제 1 캐리어 가스에 따라 제 1 소스 가스를 제 1 소스 가스 공급관(PL1)에 공급한다. 일 예에 따른 제 1 소스 컨테이너(211)는 제 1 유기 물질(213)을 저장하는 저장 공간, 제 1 캐리어 가스를 공급받는 입력 포트, 및 제 1 소스 가스 공급관(PL1)에 연결된 출력 포트를 포함할 수 있다.
상기 제 1 유기 물질(213)은 디스플레이 장치, 태양 전지, 또는 반도체 발광 소자 등의 기판 상에 형성되는 보호층, 투명 도전층, 또는 반도체층으로 사용되는 산화물 박막의 재료 중에서 제 1 증기압을 갖는 유기 금속 재료일 수 있다. 일 예에 따른 제 1 유기 물질(213)은 아래의 표 1과 같은 아연(Zn) 재료, 갈륨(Ga) 재료, 및 인듐(In) 재료 중 200Torr 미만의 제 1 증기압을 갖는 DEZn(Diethylzinc), TIBGa(Triisobutylgallium), TEGa(Triethylgallium), TEIn(Triethylindium), TMIn(Trimethylindium), 및 DADI((3-Dimethylaminopropyl)Dimethylindium) 중 어느 하나의 재료일 수 있다.
Figure pat00001
일 예로서, MOCVD 공정을 이용하여 IZO(InZnO) 또는 IGO(InGaO)의 2성분계 산화물 박막을 기판(S) 상에 형성할 경우, 제 1 유기 물질(213)은 TEIn, TMIn, 및 DADI 중 어느 하나의 재료일 수 있다. 다른 예로서, MOCVD 공정을 이용하여 GZO(GaZnO)계의 2성분계 산화물 박막을 기판(S) 상에 형성할 경우, 제 1 유기 물질(213)은 DEZn, TIBGa, 및 TEGa 중 어느 하나의 재료일 수 있다.
상기 제 1 가열 수단은 제 1 소스 컨테이너(211)를 가열하여 제 1 소스 컨테이너(211)에 저장된 제 1 유기 물질(213)을 기화시킨다. 일 예에 따른 제 1 가열 수단은 제 1 소스 컨테이너(211)를 둘러싸는 히팅 자켓을 포함할 수 있다.
상기 제 1 캐리어 가스 공급 모듈(220)은 상대적으로 낮은 제 1 증기압을 갖는 제 1 소스 가스가 높은 유량과 압력으로 공정 챔버(100)에 주입될 수 있도록 제 1 소스 컨테이너 모듈(210)에 제 1 캐리어 가스를 공급한다. 즉, 제 1 소스 가스는 상대적으로 낮은 200Torr미만의 제 1 증기압을 가지기 때문에 제 1 소스 가스의 유량은 제 1 소스 컨테이너(211)에서 기화되는 증기압만으로 제어되지 않는다. 이에 따라, 제 1 캐리어 가스 공급 모듈(220)은 제 1 캐리어 가스를 제 1 소스 컨테이너(211)에 주입함으로써 제 1 소스 컨테이너(211)로부터 제 1 소스 가스 공급관(PL1)에 공급되는 제 1 캐리어 가스를 포함하는 제 1 소스 가스의 유량과 제 1 소스 가스 공급관(PL1)의 압력을 제어한다. 제 1 캐리어 가스는 비활성 가스, 예를 들어, 아르곤(Ar) 또는 질소(N2)를 포함할 수 있다.
일 예에 따른 제 1 캐리어 가스 공급 모듈(220)은 제 1 소스 컨테이너(211)의 입력 포트에 연결된 제 1 캐리어 가스 공급관(221), 제 1 캐리어 가스 공급관(221)에 제 1 캐리어 가스를 공급하는 제 1 캐리어 가스 공급원(223), 및 제 1 캐리어 가스 공급관(221)에 설치된 제 1 유량 제어 부재(225)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 유량 제어 부재(225)는 제 1 소스 컨테이너(211)에 공급되는 제 1 캐리어 가스의 유량 및 압력을 제어함으로써 제 1 소스 컨테이너(211)에서 기화되어 제 1 소스 가스 공급관(PL1)으로 공급되는 제 1 소스 가스의 유량과 제 1 소스 가스 공급관(PL1)의 압력을 제어한다. 이에 따라, 제 1 가스 주입구(131)에 공급되는 제 1 소스 가스의 유량은 제 1 캐리어 가스에 의해 제어될 수 있다.
상기 제 1 유량 제어 부재(225)는 아래의 수학식 1을 기반으로, 제 1 소스 가스의 유량(FRsource1) 및 농도(Dsource1)를 제어할 수 있다. 일 예에 따른 제 1 유량 제어 부재(225)는 제 1 캐리어 가스의 유량(FRcarrier1)을 제어하여 제 1 소스 가스의 유량(FRsource1)을 제어함으로써 제 1 소스 컨테이너(211)로부터 제 1 소스 가스 공급관(PL1)에 공급되는 제 1 소스 가스의 농도(Dsource1)를 3% 이하로 제어할 수 있다. 이를 위해, 제 1 유량 제어 부재(225)는 제 1 캐리어 가스의 유량(FRcarrier1)을 수백 ~ 수천sccm으로 제어함으로써 제 1 소스 가스의 유량(FRsource1)을 수 ~ 수십sccm으로 제어할 수 있다. 그러나, 제 1 소스 가스의 유량(FRsource1)과 농도(Dsource1), 및 제 1 캐리어 가스의 유량(FRcarrier1)은 기판(S) 상에 형성되는 산화물 박막에 대한 제 1 유기 물질의 조성비에 따라 변경될 수 있다.
Figure pat00002
수학식 1에서, Psource1는 제 1 소스 가스의 증기압을 나타내며, Pcontainer1는 제 1 소스 컨테이너의 내부 압력을 나타낸다. 이러한 수학식 1에서 알 수 있듯이, 제 1 소스 가스의 유량(FRsource1) 및 농도(Dsource1)는 제 1 소스 가스의 증기압(Psource1)과 제 1 소스 컨테이너의 내부 압력(Pcontainer1) 및 제 1 캐리어 가스의 유량(FRcarrier1)에 따라 설정될 수 있다. 하지만, 제 1 소스 가스의 증기압(Psource1)은 특정 온도에서 제 1 유기 물질의 고유 특성이므로 실제 공정 중에 온도 조절이 불가능하며, 제 1 소스 컨테이너의 내부 압력(Pcontainer1)은 별도의 장치 없이는 상압(~760Torr) 이상으로 유지하기 어렵다. 이에 따라, 본 출원은 제 1 캐리어 가스의 유량(FRcarrier1)을 제어함으로써 상대적으로 낮은 200Torr미만의 제 1 증기압을 갖는 제 1 소스 가스의 유량(FRsource1) 및 농도(Dsource1) 각각을 미세하게 제어할 수 있다.
상기 제 2 소스 컨테이너 모듈(230)은 제 1 가스 주입구(131)에 연결되고 제 1 증기압과 다른 제 2 증기압을 갖는 제 2 소스 가스를 제공한다. 즉, 제 2 소스 컨테이너 모듈(230)은 소스 가스 배관(SGPL)의 제 2 소스 가스 공급관(PL2)과 제 1 분기관(BP1)을 통하여 제 1 가스 주입구(131)에 연결될 수 있다.
일 예에 따른 제 2 소스 컨테이너 모듈(230)은 제 2 소스 컨테이너(231), 제 2 유기 물질(233)(또는 제 2 유기 물질 전구체), 제 2 가열 수단, 및 제 2 유량 제어 부재(235)를 포함할 수 있다.
상기 제 2 소스 컨테이너(231)는 제 2 유기 물질(233)을 제 2 소스 가스로 기화시켜 제 2 소스 가스 공급관(PL2)에 공급한다. 일 예에 따른 제 2 소스 컨테이너(231)는 제 2 유기 물질(233)을 저장하는 저장 공간, 및 제 2 소스 가스 공급관(PL2)에 연결된 출력 포트를 포함할 수 있다.
상기 제 2 유기 물질(233)은 디스플레이 장치, 태양 전지, 또는 반도체 발광 소자 등의 기판 상에 형성되는 보호층, 투명 도전층, 또는 반도체층으로 사용되는 산화물 박막의 재료 중에서 제 1 유기 물질(213)의 제 1 증기압보다 상대적으로 높은 제 2 증기압을 갖는 액상 유기 재료일 수 있다. 일 예에 따른 제 2 유기 물질(233)은 상기의 표 1과 같은 아연(Zn) 재료, 갈륨(Ga) 재료, 및 인듐(In) 재료 중 200Torr 이상의 제 2 증기압을 갖는 DMZn 또는 TMGa일 수 있다.
일 예로서, MOCVD 공정을 이용하여 IZO(InZnO)계의 2성분계 산화물 박막을 기판(S) 상에 형성할 경우, 제 2 유기 물질(233)은 DMZn일 수 있고, 제 1 유기 물질(213)은 DADI일 수 있다. 여기서, 제 1 유기 물질(213)은 DADI 대신에 TEIn 또는 TMIn로 변경될 수 있다.
다른 예로서, MOCVD 공정을 이용하여 IGO(InGaO)계의 2성분계 산화물 박막을 기판(S) 상에 형성할 경우, 제 2 유기 물질(233)은 TMGa일 수 있으며, 제 1 유기 물질(213)은 DADI일 수 있다. 여기서, 제 1 유기 물질(213)은 DADI 대신에 TEIn 또는 TMIn로 변경될 수 있다.
또 다른 예로서, MOCVD 공정을 이용하여 GZO(GaZnO)계의 2성분계 산화물 박막을 기판(S) 상에 형성할 경우, 제 2 유기 물질(233)은 TMGa일 수 있으며, 제 1 유기 물질(213)은 DEZn일 수 있다. 여기서, 제 2 유기 물질(233)은 TMGa 대신에 DMZn로 변경될 수 있으며, 제 1 유기 물질(213)은 DEZn 대신에 TIBGa 또는 TEGa로 변경될 수 있다.
상기 제 2 가열 수단은 제 2 소스 컨테이너(231)를 가열하여 제 2 소스 컨테이너(231)에 저장된 제 2 유기 물질(233)을 기화시킨다. 일 예에 따른 제 2 가열 수단은 제 2 소스 컨테이너(231)를 둘러싸는 히팅 자켓을 포함할 수 있다.
상기 제 2 유량 제어 부재(235)는 제 2 소스 컨테이너(231)의 출력 포트와 제 2 소스 가스 공급관(PL2) 사이에 설치된다.
상기 제 2 유량 제어 부재(235)는 제 2 소스 컨테이너(231)로부터 공급되는 제 2 소스 가스 공급관(PL2)에 공급되는 제 2 소스 가스의 유량을 제어한다. 즉, 제 2 소스 가스는 200Torr이상의 증기압을 가지기 때문에 상대적으로 낮은 200Torr 미만의 증기압을 갖는 제 1 소스 가스와 달리 제 2 유량 제어 부재(235)를 이용한 유량 제어가 필요하다. 일 예에 따른 제 2 유량 제어 부재(235)는 제 2 소스 컨테이너(231)로부터 공급되는 제 2 소스 가스 공급관(PL2)에 공급되는 제 2 소스 가스의 유량을 수~수백sccm으로 제어할 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 기판(S) 상에 형성되는 산화물 박막에 대한 제 2 유기 물질의 조성비에 따라 변경될 수 있다.
한편, 제 2 유량 제어 부재(235)는 생략되고, 제 2 소스 컨테이너(231)에서 기화되는 제 2 소스 가스는 제 1 소스 가스의 공급 방식과 동일하게 캐리어 가스 방식에 의해 제 2 소스 가스 공급관(PL2)에 공급될 수 있으나, 이 경우, 제 2 소스 가스의 유량은, 제 2 유기 물질의 상대적으로 높은 증기압으로 인하여, 제 1 소스 가스와 동일한 조건 하에서 제 1 소스 가스의 유량 대비 수십 ~ 수백배 정도 높은 수백sccm을 가질 수 있으며, 이로 인해 제 1 및 제 2 소스 가스 간의 수십 ~ 수백배의 농도 차가 발생될 수 있다. 이러한 제 1 및 제 2 소스 가스 간의 유량과 농도 차이로 인하여 기판(S)에 증착되는 산화물 박막의 조성 불균일이 발생하게 되고, 고농도의 제 2 소스 가스를 기판(S)에 균일하게 형성하기 위해서는 충분한 시간 동안 퍼지(또는 희석)시켜야 하는 문제점이 있다. 이에 따라, 본 출원은 상대적으로 높은 제 2 증기압을 갖는 제 2 소스 가스에 대해 캐리어 가스를 이용한 유량 제어 대신에 제 2 소스 컨테이너(231)의 출력 포트와 제 2 소스 가스 공급관(PL2) 사이에 설치된 제 2 유량 제어 부재(235)를 이용하여 제 2 소스 가스의 유량을 제어한다.
상기 포스 가스 공급 모듈(240)은 제 2 소스 컨테이너 모듈(230)과 제 1 가스 주입구(131) 사이의 가스 경로에 포스 가스를 공급한다. 즉, 포스 가스 공급 모듈(240)은 제 2 소스 가스 공급관(PL2)에 포스 가스를 공급함으로써 제 2 소스 가스 공급관(PL2)을 통해 제 1 가스 주입구(131)에 공급되는 제 2 소스 가스의 유량 및 압력(또는 배관 압력)을 제어한다. 그리고, 이러한 포스 가스 공급 모듈(240)은 제 2 소스 컨테이너 모듈(230)로부터 제 1 가스 주입구(131)에 공급되는 제 2 소스 가스에 포스 가스를 혼합시킴으로써 제 1 가스 주입구(131)에 공급되는 제 2 소스 가스의 농도를 조절한다.
일 예에 따른 포스 가스 공급 모듈(240)은 포스 가스 공급관(241), 포스 가스 공급원(243), 및 제 3 유량 제어 부재(245)를 포함할 수 있다.
상기 포스 가스 공급관(241)은 제 2 소스 가스 공급관(PL2)에 연결된다. 이때, 포스 가스 공급관(241)은 일자 형태를 가질 수 있지만, 이에 한정되지 않고, 제 2 소스 가스 공급관(PL2)과 포스 가스 공급원(243) 각각의 위치에 따라 적어도 하나의 벤딩부를 포함할 수 있다.
상기 포스 가스 공급관(241)의 일단은 제 2 소스 가스 공급관(PL2)에 연결되고, 포스 가스 공급관(241)의 타단은 포스 가스 공급원(243)에 연결된다.
일 예에 따른 포스 가스 공급관(241)의 일단은 제 2 소스 가스 공급관(PL2) 중 가스 주입관(GIP)보다 제 2 소스 컨테이너 모듈(230)의 제 2 유량 제어 부재(235)에 상대적으로 가까운 부분에서 제 2 소스 가스 공급관(PL2)과 연결된다. 예를 들어, 제 2 소스 가스 공급관(PL2)과 포스 가스 공급관(241) 간의 연결부(CP)와 제 2 유량 제어 부재(235) 사이의 가스 경로 길이(L)는 1m(meter) 미만으로 설정되고, 연결부(CP)와 가스 주입관(GIP) 사이의 가스 경로 길이는 1m(meter) 이상으로 설정될 수 있다.
상기 연결부(CP)와 제 2 유량 제어 부재(235) 사이의 가스 경로 길이(L)가 1m미만일 경우, 제 2 소스 컨테이너 모듈(230)로부터 제 2 소스 가스 공급관(PL2)에 공급되는 제 2 소스 가스의 농도를 신속하게 제어할 수 있고, 제 2 소스 가스와 포스 가스를 보다 원활하게 혼합시킬 수 있으며, 연결부(CP)와 제 1 가스 주입구(131) 사이에 연결된 가스 주입관(GIP)과 제 2 소스 가스 공급관(PL2) 내의 압력을 증가시킬 수 있다.
반면에, 연결부(CP)와 제 2 유량 제어 부재(235) 사이의 가스 경로 길이(L)가 1m 이상일 경우, 연결부(CP)와 제 2 유량 제어 부재(235) 사이의 가스 경로가 상대적으로 증가하고 연결부(CP)와 제 1 가스 주입구(131) 사이의 가스 경로가 상대적으로 감소함에 따라서 연결부(CP)와 제 1 가스 주입구(131) 사이에 연결된 가스 주입관(GIP)과 제 2 소스 가스 공급관(PL2) 내의 압력을 증가시키기 위해 포스 가스의 유량과 압력이 증가되어야 하고, 이로 인하여 제 2 소스 가스 공급관(PL2)에 공급되는 제 2 소스 가스의 농도를 신속하게 제어하는데 어려움이 있다.
상기 연결부(CP)는 제 2 분기관(BP2)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 포스 가스 공급관(241)의 일단은 제 2 분기관(BP2)을 통해 제 2 소스 가스 공급관(PL2)과 연결될 수 있다.
상기 포스 가스 공급원(243)은 포스 가스 공급관(241)에 포스 가스를 공급한다. 포스 가스 공급원(243)은 비활성 가스, 예를 들어, 아르곤(Ar) 또는 질소(N2)를 포함하거나 제 1 캐리어 가스와 동일한 포스 가스를 저장하고, 저장된 포스 가스를 일정한 유량과 압력으로 포스 가스 공급관(241)에 공급한다.
상기 제 3 유량 제어 부재(245)는 포스 가스 공급관(241)에 설치되어 포스 가스 공급원(243)으로부터 제 2 소스 가스 공급관(PL2), 즉 제 2 분기관(BP2)으로 공급되는 포스 가스의 유량과 제 2 소스 가스 공급관(PL2)의 압력을 제어할 수 있다. 이에 따라, 제 1 가스 주입구(131)에 공급되는 제 1 소스 가스의 유량과 농도는 포스 가스에 의해 제어될 수 있다. 그리고, 제 3 유량 제어 부재(245)는 연결부(CP)와 제 1 가스 주입구(131) 사이에 연결된 가스 주입관(GIP)과 제 2 소스 가스 공급관(PL2) 내의 압력을 제어할 수 있다.
상기 제 3 유량 제어 부재(245)는 제 2 소스 가스 공급관(PL2)에 공급되는 제 2 소스 가스에 혼합되는 포스 가스의 유량(FRforce)을 제어함으로써, 아래의 수학식 2와 같이, 제 2 소스 가스 공급관(PL2)을 통해 가스 주입관(GIP)에 공급되는 제 2 소스 가스의 농도(Dsource2)를 제어할 수 있다. 일 예에 따른 제 3 유량 제어 부재(245)는 제 2 소스 가스 공급관(PL2)에 공급되는 포스 가스의 유량(FRforce)을 수천sccm으로 제어함으로써 제 2 소스 컨테이너 모듈(230)의 제 2 유량 제어 부재(235)를 통해 제 2 소스 가스 공급관(PL2)에 공급되는 제 2 소스 가스의 농도(Dsource2)를 3%이하로 제어할 수 있다. 여기서, 포스 가스의 유량(FRforce)에 따른 제 2 소스 가스의 농도(Dsource2)는 3%이하로 한정되지 않고, 기판(S) 상에 형성되는 산화물 박막에 대한 제 2 유기 물질의 조성비에 따라 변경될 수 있다.
Figure pat00003
상기 반응 가스 공급 모듈(250)은 하나 이상의 제 2 가스 주입구(133)에 반응 가스를 공급한다. 일 예에 따른 반응 가스 공급 모듈(250)는 하나 이상의 제 2 가스 주입구(133)에 연결된 하나 이상의 반응 가스 공급관(251), 하나 이상의 반응 가스 공급관(251)에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급원(253), 및 하나 이상의 반응 가스 공급관(251)에 설치된 제 4 유량 제어 부재(255)를 포함할 수 있다. 여기서, 반응 가스는 산소(O2)를 포함할 수 있다. 상기 제 4 유량 제어 부재(255)는 반응 가스 공급원(253)으로부터 하나 이상의 반응 가스 공급관(251)에 공급되는 반응 가스의 유량 및 압력을 제어한다.
상기 퍼지 가스 공급 모듈(260)은 제 1 가스 주입구(131)에 퍼지 가스를 공급한다. 일 예에 따른 퍼지 가스 공급 모듈(260)은 가스 주입관(GIP)에 연결된 퍼지 가스 공급관(261), 퍼지 가스 공급관(261)에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급원(263), 및 퍼지 가스 공급관(261)에 설치된 제 5 유량 제어 부재(265)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 퍼지 가스는 비활성 가스, 예를 들어, 아르곤(Ar) 또는 질소(N2)를 포함하거나 제 1 캐리어 가스 또는 포스 가스와 동일할 수 있다. 상기 제 5 유량 제어 부재(265)는 퍼지 가스 공급원(263)으로부터 퍼지 가스 공급관(261)에 공급되는 퍼지 가스의 유량 및 압력을 제어한다.
추가적으로, 본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 장치는 바이패스 배기 모듈(400)을 더 포함할 수 있다.
상기 바이패스 배기 모듈(400)은 가스 주입관(GIP)에 공급되는 제 1 소스 가스, 제 2 소스 가스, 반응 가스, 및 퍼지 가스를 정해진 공정 싸이클에 따라서 선택적으로 배기시킨다. 일 예에 따른 바이패스 배기 모듈(400)은 바이패스 배관(410), 배기 수단(430), 및 제 1 내지 제 4 밸브(V1, V2, V3, V4)를 포함할 수 있다.
상기 바이패스 배관(410)은 가스 주입관(GIP)에 인접한 제 1 소스 가스 공급관(PL1), 제 2 소스 가스 공급관(PL2), 반응 가스 공급관(251), 및 퍼지 가스 공급관(261) 각각과 연결된다.
상기 배기 수단(430)은 바이패스 배관(410)의 출구 측에 연결되어 바이패스 배관(410)을 통해 공급되는 가스를 배기시킨다. 일 예에 따른 배기 수단(430)은 배기 펌프를 포함할 수 있다.
상기 제 1 밸브(V1)는 제 1 분기관(BP1)에 인접한 제 1 소스 가스 공급관(PL1)에 설치되어 제 1 소스 가스 공급관(PL1)을 가스 주입관(GIP)에 연통시키거나 바이패스 배관(410)에 연통시킨다. 일 예에 따른 제 1 밸브(V1)는 산화물 박막의 증착 공정 싸이클 중 소스 가스의 주입 공정 동안에만 제 1 소스 가스 공급관(PL1)을 가스 주입관(GIP)에 연통시킨다.
상기 제 2 밸브(V2)는 제 1 분기관(BP1)에 인접한 제 2 소스 가스 공급관(PL2)에 설치되어 제 2 소스 가스 공급관(PL2)을 가스 주입관(GIP)에 연통시키거나 바이패스 배관(410)에 연통시킨다. 일 예에 따른 제 2 밸브(V2)는 산화물 박막의 증착 공정 싸이클 중 소스 가스의 주입 공정 동안에만 제 2 소스 가스 공급관(PL2)을 가스 주입관(GIP)에 연통시킨다.
상기 제 3 밸브(V3)는 하나 이상의 제 2 가스 주입구(133)에 인접한 반응 가스 공급관(251)에 설치되어 반응 가스 공급관(251)을 하나 이상의 제 2 가스 주입구(133)에 연통시키거나 바이패스 배관(410)에 연통시킨다. 일 예에 따른 제 3 밸브(V3)는 산화물 박막의 증착 공정 싸이클 중 반응 가스의 주입 공정 동안에만 반응 가스 공급관(251)을 하나 이상의 제 2 가스 주입구(133)에 연통시킨다.
상기 제 4 밸브(V4)는 가스 주입관(GIP)에 인접한 퍼지 가스 공급관(261)에 설치되어 퍼지 가스 공급관(261)을 가스 주입관(GIP)에 연통시키거나 바이패스 배관(410)에 연통시킨다. 일 예에 따른 제 4 밸브(V4)는 산화물 박막의 증착 공정 싸이클 중 퍼지 가스의 주입 공정 동안에만 퍼지 가스 공급관(261)을 가스 주입관(GIP)에 연통시킨다.
이와 같은 본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 장치는 서로 다른 증기압을 갖는 소스 가스 중 상대적으로 낮은 제 1 증기압을 갖는 제 1 소스 가스의 유량과 농도를 캐리어 가스를 이용하여 간접적으로 제어하고, 상대적으로 높은 제 2 증기압을 갖는 제 2 소스 가스의 농도를 제 3 유량 제어 부재(245)와 포스 가스를 이용하여 직접적으로 제어하면서 포스 가스를 이용해 혼합 소스 가스가 흐르는 배관의 압력을 증가시킴으로써 상대적으로 짧은 시간(예를 들어, 1초 이내) 동안 혼합 소스 가스를 낮은 농도와 높은 압력으로 기판(S) 상에 분사할 수 있고, 이로 인하여 상대적으로 높은 제 2 증기압을 갖는 제 2 소스 가스의 농도에 따른 산화물 박막의 조성 불균일 현상이 최소화될 수 있고, 증착 속도가 20Å/min 이상으로 증가될 수 있으며, 5% 이하의 두께 균일도를 갖는 산화물 박막을 형성할 수 있다.
본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 장치는 MOCVD 공정을 이용하여 산화물 반도체층 또는 투명 도전층으로 사용될 수 있는 IGZO(InGaZnO)계, GZTO(GaZnSnO)계, 또는 ITZO(InSnZnO)계 등의 3성분계 산화물 박막을 기판(S) 상에 형성할 수 있다. 이 경우, 본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 장치는 제 3 소스 컨테이너 모듈(270), 및 제 2 캐리어 가스 공급 모듈(280)을 더 포함할 수 있다.
먼저, 전술한 소스 가스 배관(SGPL)은 제 3 소스 컨테이너 모듈(270)과 가스 주입관(GIP) 사이에 연결된 제 3 소스 가스 공급관(PL3)을 더 포함할 수 있다.
상기 제 3 소스 가스 공급관(PL3)의 일단은 제 1 분기관(BP1)을 통해 가스 주입관(GIP)의 끝단에 연결되고, 제 3 소스 가스 공급관(PL3)의 타단은 제 3 소스 컨테이너 모듈(270)에 연결된다
상기 제 3 소스 컨테이너 모듈(270)은 제 1 가스 주입구(131)에 연결되고 제 2 소스 가스의 제 2 증기압과 다른 제 3 증기압을 갖는 제 3 소스 가스를 제공한다. 즉, 제 3 소스 컨테이너 모듈(270)은 소스 가스 배관(SGPL)의 제 3 소스 가스 공급관(PL3)과 제 1 분기관(BP1)을 통하여 제 1 가스 주입구(131)에 연결될 수 있다.
일 예에 따른 제 3 소스 컨테이너 모듈(270)은 제 3 소스 컨테이너(271), 제 2 유기 물질(273)(또는 제 3 유기 물질 전구체), 및 제 3 가열 수단을 포함할 수 있다.
상기 제 3 소스 컨테이너(271)는 제 3 유기 물질(273)을 제 3 소스 가스로 기화시키고, 제 2 캐리어 가스 공급 모듈(280)로부터 공급되는 제 2 캐리어 가스에 따라 제 3 소스 가스를 제 3 소스 가스 공급관(PL3)에 공급한다. 일 예에 따른 제 3 소스 컨테이너(271)는 제 3 유기 물질(273)을 저장하는 저장 공간, 제 2 캐리어 가스를 공급받는 입력 포트, 및 제 3 소스 가스 공급관(PL3)에 연결된 출력 포트를 포함할 수 있다.
상기 제 3 유기 물질(273)은 디스플레이 장치, 태양 전지, 또는 반도체 발광 소자 등의 기판 상에 형성되는 보호층, 투명 도전층, 또는 반도체층으로 사용되는 산화물 박막의 재료 중에서 제 3 증기압을 갖는 유기 금속 재료일 수 있다. 일 예에 따른 제 3 유기 물질(273)은 아래의 표 1에서 DADI, TEIn, 또는 TMIn 등과 같은 인듐(In) 재료이거나, 아래의 표 2와 같이 200Torr 미만의 제 3 증기압을 갖는 TESn(Tetraethyltin) 또는 TMSn(Tetramethyltin) 등과 같은 주석(Sn) 재료일 수 있다.
Figure pat00004
표 1 및 표 2를 참조하면, 일 예로서, MOCVD 공정을 이용하여 IGZO(InGaZnO)계의 3성분계 산화물 박막을 기판(S) 상에 형성할 경우, 상기 제 1 유기 물질(213)은 DEZn일 수 있고, 제 2 유기 물질(233)은 TMGa일 수 있으며, 제 3 유기 물질(273)은 DADI일 수 있다. 여기서, 상기 제 1 유기 물질(213)은 DEZn 대신에 TIBGa 또는 TEGa로 변경될 수도 있고, 제 2 유기 물질(233)은 TMGa 대신에 DMZn으로 변경될 수도 있으며, 제 3 유기 물질(273)은 DADI 대신에 TEIn 또는 TMIn으로 변경될 수도 있다.
다른 예로서, MOCVD 공정을 이용하여 GZTO(GaZnSnO)계의 3성분계 산화물 박막을 기판(S) 상에 형성할 경우, 상기 제 1 유기 물질(213)은 DEZn일 수 있고, 제 2 유기 물질(233)은 TMGa일 수 있으며, 제 3 유기 물질(273)은 TESn일 수 있다. 여기서, 상기 제 1 유기 물질(213)은 DEZn 대신에 TIBGa 또는 TEGa로 변경될 수도 있고, 제 2 유기 물질(233)은 TMGa 대신에 DMZn으로 변경될 수도 있으며, 제 3 유기 물질(273)은 TESn 대신에 TMSn으로 변경될 수도 있다.
또 다른 예로서, MOCVD 공정을 이용하여 ITZO(InSnZnO)계의 3성분계 산화물 박막을 기판(S) 상에 형성할 경우, 상기 제 1 유기 물질(213)은 DADI일 수 있고, 제 2 유기 물질(233)은 DMZn일 수 있으며, 제 3 유기 물질(273)은 TESn일 수 있다. 여기서, 상기 제 1 유기 물질(213)은 DADI 대신에 TEIn 또는 TMIn으로 변경될 수 있으며, 제 3 유기 물질(273)은 TESn 대신에 TMSn으로 변경될 수도 있다.
상기 제 3 가열 수단은 제 3 소스 컨테이너(271)를 가열하여 제 3 소스 컨테이너(271)에 저장된 제 3 유기 물질(273)을 기화시킨다. 일 예에 따른 제 3 가열 수단은 제 3 소스 컨테이너(271)를 둘러싸는 히팅 자켓을 포함할 수 있다.
상기 제 2 캐리어 가스 공급 모듈(280)은 제 2 소스 가스의 제 2 증기압보다 상대적으로 낮은 제 3 증기압을 갖는 제 3 소스 가스가 높은 유량과 압력으로 공정 챔버(100)에 주입될 수 있도록 제 3 소스 컨테이너 모듈(270)에 제 2 캐리어 가스를 공급한다. 즉, 제 3 소스 가스는 상대적으로 낮은 200Torr미만의 제 3 증기압을 가지기 때문에 제 3 소스 가스의 유량은 제 3 소스 컨테이너(271)에서 기화되는 증기압만으로 제어되지 않는다. 이에 따라, 제 2 캐리어 가스 공급 모듈(280)은 제 2 캐리어 가스를 제 3 소스 컨테이너(271)에 주입함으로써 제 3 소스 컨테이너(271)로부터 제 3 소스 가스 공급관(PL3)에 공급되는 제 2 캐리어 가스를 포함하는 제 3 소스 가스의 유량과 제 3 소스 가스 공급관(PL3)의 압력을 제어한다. 제 2 캐리어 가스는 비활성 가스, 예를 들어, 아르곤(Ar) 또는 질소(N2)를 포함하거나 제 1 캐리어 가스와 동일할 수 있다.
일 예에 따른 제 2 캐리어 가스 공급 모듈(280)은 제 3 소스 컨테이너(271)의 입력 포트에 연결된 제 2 캐리어 가스 공급관(281), 제 2 캐리어 가스 공급관(281)에 제 2 캐리어 가스를 공급하는 제 2 캐리어 가스 공급원(283), 및 제 2 캐리어 가스 공급관(281)에 설치된 제 6 유량 제어 부재(285)를 포함할 수 있다.
상기 제 6 유량 제어 부재(285)는 제 3 소스 컨테이너(281)에 공급되는 제 2 캐리어 가스의 유량 및 압력을 제어함으로써 제 3 소스 컨테이너(271)로부터 제 3 소스 가스 공급관(PL3)에 공급되는 제 3 소스 가스의 유량과 제 3 소스 가스 공급관(PL3)의 압력을 제어한다. 이에 따라, 제 1 가스 주입구(131)에 공급되는 제 3 소스 가스의 유량은 제 2 캐리어 가스에 의해 제어될 수 있다.
상기 제 6 유량 제어 부재(285)는 아래의 수학식 3을 기반으로, 제 3 소스 가스의 유량(FRsource3) 및 농도(Dsource3)를 제어할 수 있다. 일 예에 따른 제 6 유량 제어 부재(285)는 제 2 캐리어 가스의 유량(FRcarrier2)을 제어하여 제 3 소스 가스의 유량(FRsource3)을 제어함으로써 제 3 소스 컨테이너(271)로부터 제 3 소스 가스 공급관(PL3)에 공급되는 제 3 소스 가스의 농도(Dsource3)를 3% 이하로 제어할 수 있다. 이를 위해, 제 6 유량 제어 부재(285)는 제 2 캐리어 가스의 유량(FRcarrier2)을 수백 ~ 수천sccm으로 제어함으로써 제 3 소스 가스의 유량(FRsource3)을 수 ~ 수십sccm으로 제어할 수 있다. 그러나, 제 3 소스 가스의 유량(FRsource3)과 농도(Dsource3), 및 제 2 캐리어 가스의 유량(FRcarrier2)은 기판(S) 상에 형성되는 산화물 박막에 대한 제 3 유기 물질의 조성비에 따라 변경될 수 있다.
Figure pat00005
수학식 3에서, Psource3는 제 3 소스 가스의 증기압을 나타내며, Pcontainer3는 제 3 소스 컨테이너의 내부 압력을 나타낸다. 이러한 수학식 3에서 알 수 있듯이, 제 3 소스 가스의 유량(FRsource3) 및 농도(Dsource3)는 제 3 소스 가스의 증기압(Psource3)과 제 3 소스 컨테이너의 내부 압력(Pcontainer3) 및 제 2 캐리어 가스의 유량(FRcarrier2)에 따라 설정될 수 있다. 하지만, 제 3 소스 가스의 증기압(Psource3)은 특정 온도에서 제 3 유기 물질의 고유 특성이므로 실제 공정 중에 온도 조절이 불가능하며, 제 3 소스 컨테이너의 내부 압력(Pcontainer3)은 별도의 장치 없이는 상압(~760Torr) 이상으로 유지하기 어렵다. 이에 따라, 본 출원은 상대적으로 낮은 200Torr미만의 제 3 증기압을 갖는 제 2 캐리어 가스의 유량(FRcarrier2)을 제어함으로써 제 3 소스 가스의 유량(FRsource3) 및 농도(Dsource3) 각각을 미세하게 제어할 수 있다.
본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 장치의 바이패스 배기 모듈(400)은 제 5 밸브(V5)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 바이패스 배기 모듈(400)의 바이패스 배관(410)은 가스 주입관(GIP)에 인접한 제 3 소스 가스 공급관(PL3)과 추가로 연결된다.
상기 제 5 밸브(V5)는 제 1 분기관(BP1)에 인접한 제 3 소스 가스 공급관(PL3)에 설치되어 제 3 소스 가스 공급관(PL3)을 가스 주입관(GIP)에 연통시키거나 바이패스 배관(410)에 연통시킨다. 일 예에 따른 제 5 밸브(V5)는 산화물 박막의 증착 공정 싸이클 중 소스 가스의 주입 공정 동안에만 제 3 소스 가스 공급관(PL3)을 가스 주입관(GIP)에 연통시킨다.
본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 장치는 MOCVD 공정을 이용하여 산화물 반도체층 또는 투명 도전층으로 사용될 수 있는 IGZTO(InGaZnSnO)계 등의 4성분계 산화물 박막을 기판(S) 상에 형성할 수 있다. 이 경우, 본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 장치는 제 4 소스 컨테이너 모듈(290) 및 제 3 캐리어 가스 공급 모듈(300)을 더 포함할 수 있다.
먼저, 전술한 소스 가스 배관(SGPL)은 제 4 소스 컨테이너 모듈(290)과 가스 주입관(GIP) 사이에 연결된 제 4 소스 가스 공급관(PL4)을 더 포함할 수 있다. 상기 제 4 소스 가스 공급관(PL4)의 일단은 제 1 분기관(BP1)을 통해 가스 주입관(GIP)의 끝단에 연결되고, 제 4 소스 가스 공급관(PL4)의 타단은 제 4 소스 컨테이너 모듈(290)에 연결된다
상기 제 4 소스 컨테이너 모듈(290)은 제 1 가스 주입구(131)에 연결되고 제 2 소스 가스의 제 2 증기압과 다른 제 4 증기압을 갖는 제 4 소스 가스를 제공한다. 즉, 제 4 소스 컨테이너 모듈(290)은 소스 가스 배관(SGPL)의 제 4 소스 가스 공급관(PL4)과 제 1 분기관(BP1)을 통하여 제 1 가스 주입구(131)에 연결될 수 있다.
일 예에 따른 제 4 소스 컨테이너 모듈(290)은 제 4 소스 컨테이너(291), 제 4 유기 물질(또는 제 4 유기 물질 전구체)(293), 및 제 4 가열 수단을 포함할 수 있다. 이러한 구성을 갖는 제 4 소스 컨테이너 모듈(290)은 제 4 가열 수단에 의해 제 4 유기 물질(293)로부터 기화되는 제 4 소스 가스를 소스 가스 배관(SGPL)의 제 4 소스 가스 공급관(PL4)에 공급하는 것을 제외하고는 제 1 소스 컨테이너 모듈(210) 또는 제 3 소스 컨테이너 모듈(270)과 동일하므로, 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 제 4 유기 물질(293)은 디스플레이 장치, 태양 전지, 또는 반도체 발광 소자 등의 기판 상에 형성되는 보호층, 투명 도전층, 또는 반도체층으로 사용되는 산화물 박막의 재료 중에서 제 4 증기압을 갖는 유기 금속 재료일 수 있다. 일 예에 따른 제 4 유기 물질(293)은 상기의 표 1 및 표 2에서 인듐(In) 재료, 아연(Zn) 재료, 및 주석(Sn) 재료 중 200Torr 미만의 증기압을 갖는 제 1 유기 물질(211)과 제 3 유기 물질(271)을 제외한 나머지 하나의 재료일 수 있다.
일 예로서, MOCVD 공정을 이용하여 IGZTO(InGaZnSnO)계의 4성분계 산화물 박막을 기판(S) 상에 형성할 경우, 상기 제 1 유기 물질(213)은 DEZn일 수 있고, 제 2 유기 물질(233)은 TMGa일 수 있고, 제 3 유기 물질(273)은 DADI일 수 있으며, 제 4 유기 물질은 TESn일 수 있다. 여기서, 상기 제 1 유기 물질(213)은 DEZn 대신에 TIBGa 또는 TEGa로 변경될 수도 있고, 제 2 유기 물질(233)은 TMGa 대신에 DMZn으로 변경될 수도 있고, 제 3 유기 물질(273)은 DADI 대신에 TEIn 또는 TMIn으로 변경될 수도 있으며, 제 4 유기 물질(293)은 TESn 대신에 TMSn으로 변경될 수도 있다.
상기 제 3 캐리어 가스 공급 모듈(300)은 제 1 캐리어 가스 공급 모듈(220) 또는 제 2 캐리어 가스 공급 모듈(280)과 동일하게, 제 2 소스 가스의 제 2 증기압보다 상대적으로 낮은 제 4 증기압을 갖는 제 4 소스 가스가 높은 유량과 압력으로 공정 챔버(100)에 주입될 수 있도록 제 4 소스 컨테이너 모듈(290)에 제 3 캐리어 가스를 공급한다. 즉, 제 3 캐리어 가스 공급 모듈(300)은 제 3 캐리어 가스를 제 4 소스 컨테이너(291)에 주입함으로써 제 4 소스 컨테이너(291)로부터 제 4 소스 가스 공급관(PL4)에 공급되는 제 4 캐리어 가스를 포함하는 제 4 소스 가스의 유량과 제 4 소스 가스 공급관(PL4)의 압력을 제어한다. 제 4 캐리어 가스는 비활성 가스, 예를 들어, 아르곤(Ar) 또는 질소(N2)를 포함하거나 제 1 캐리어 가스와 동일할 수 있다.
일 예에 따른 제 3 캐리어 가스 공급 모듈(300)은 제 4 소스 컨테이너(291)의 입력 포트에 연결된 제 3 캐리어 가스 공급관(301), 제 3 캐리어 가스 공급관(301)에 제 3 캐리어 가스를 공급하는 제 3 캐리어 가스 공급원(303), 및 제 3 캐리어 가스 공급관(301)에 설치된 제 7 유량 제어 부재(305)를 포함할 수 있다.
상기 제 7 유량 제어 부재(305)는 제 4 소스 컨테이너(291)에 공급되는 제 3 캐리어 가스의 유량 및 압력을 제어함으로써 제 4 소스 컨테이너(201)로부터 제 4 소스 가스 공급관(PL4)에 공급되는 제 4 소스 가스의 유량과 제 4 소스 가스 공급관(PL4)의 압력을 제어한다. 이에 따라, 제 1 가스 주입구(131)에 공급되는 제 4 소스 가스의 유량은 제 3 캐리어 가스에 의해 제어될 수 있다.
상기 제 7 유량 제어 부재(305)는 상기의 수학식 3과 유사하게, 제 4 소스 가스의 유량 및 농도를 제어할 수 있다. 일 예에 따른 제 7 유량 제어 부재(305)는 제 3 캐리어 가스의 유량을 제어하여 제 4 소스 가스의 유량을 제어함으로써 제 4 소스 컨테이너(291)로부터 제 4 소스 가스 공급관(PL4)에 공급되는 제 4 소스 가스의 농도를 3% 이하로 제어할 수 있다. 이를 위해, 제 7 유량 제어 부재(305)는 제 3 캐리어 가스의 유량을 수백 ~ 수천sccm으로 제어함으로써 제 4 소스 가스의 유량을 수 ~ 수십sccm으로 제어할 수 있다. 그러나, 제 4 소스 가스의 유량과 농도, 및 제 3 캐리어 가스의 유량은 기판(S) 상에 형성되는 산화물 박막에 대한 제 4 유기 물질의 조성비에 따라 변경될 수 있다.
본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 장치의 바이패스 배기 모듈(400)은 제 6 밸브(V6)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 바이패스 배기 모듈(400)의 바이패스 배관(410)은 제 6 밸브(V6)를 통해서 가스 주입관(GIP)에 인접한 제 4 소스 가스 공급관(PL4)과 추가로 연결된다.
상기 제 6 밸브(V6)는 제 1 분기관(BP1)에 인접한 제 4 소스 가스 공급관(PL4)에 설치되어 제 4 소스 가스 공급관(PL4)을 가스 주입관(GIP)에 연통시키거나 바이패스 배관(410)에 연통시킨다. 일 예에 따른 제 6 밸브(V6)는 산화물 박막의 증착 공정 싸이클 중 소스 가스의 주입 공정 동안에만 제 4 소스 가스 공급관(PL4)을 가스 주입관(GIP)에 연통시킨다.
도 3은 본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 방법에 따른 산화물 박막의 성막 메커니즘을 나타내는 도면으로서, 이는 도 1 및 도 2에 도시된 본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 장치를 이용한 산화물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3 및 도 4를 도 1 및 도 2와 결부하며, 본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 방법은 공정 챔버(100)의 제 1 가스 주입구(131)에 연결된 제 1 소스 컨테이너 모듈(210)에서 제 1 증기압을 갖는 제 1 소스 가스를 생성하는 단계, 제 1 가스 주입구(131)에 연결된 제 2 소스 컨테이너 모듈(230)에서 제 1 증기압과 다른 제 2 증기압을 갖는 제 2 소스 가스를 생성하는 단계, 제 1 소스 컨테이너 모듈(210)에 제 1 캐리어 가스를 공급하여 제 1 소스 가스를 제 1 가스 주입구(131)에 공급하는 단계, 제 2 소스 컨테이너 모듈(230)과 제 1 가스 주입구(131) 사이의 가스 경로에 포스 가스를 공급하여 제 2 소스 가스를 제 1 가스 주입구(131)에 공급하는 단계, 공정 챔버(100)의 하나 이상의 제 2 가스 주입구(133)에 반응 가스를 공급하는 단계, 제 1 가스 주입구(131)에 퍼지 가스를 공급하는 단계, 제 1 및 제 2 소스 가스와 반응 가스 및 퍼지 가스를 기판(S) 상에 분사하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고, 본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 방법은 제 1 가스 주입구(131)에 연결된 제 3 소스 컨테이너 모듈(270)에서 제 2 증기압과 다른 제 3 증기압을 갖는 제 3 소스 가스를 생성하는 단계, 및 제 3 소스 컨테이너 모듈(270)에 제 2 캐리어 가스를 공급하여 제 3 소스 가스를 제 1 가스 주입구(131)에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
나아가, 본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 방법은 제 1 가스 주입구(131)에 연결된 제 4 소스 컨테이너 모듈(290)에서 제 2 증기압과 다른 제 4 증기압을 갖는 제 4 소스 가스를 생성하는 단계, 및 제 4 소스 컨테이너 모듈(290)에 제 3 캐리어 가스를 공급하여 제 4 소스 가스를 제 1 가스 주입구(131)에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이러한 본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 방법은 소스 가스 주입 공정(P1), 소스 가스 퍼지 공정(P2), 반응 가스 주입 공정(P3), 및 반응 가스 퍼지 공정(P4)을 순차적으로 수행하여 기판(S) 상에 산화물 박막을 형성한다. 일 예로서, 상기 산화물 박막은 IZO(InZnO)계, IGO(InGaO)계, 또는 GZO(GaZnO)계 등의 2성분계 산화물 박막일 수 있다. 다른 예로서, 상기 산화물 박막은 IGZO(InGaZnO)계, GZTO(GaZnSnO)계, 또는 ITZO(InSnZnO)계 등의 3성분계 산화물 박막일 수 있다. 또 다른 예로서, 상기 산화물 박막은 IGZTO(InGaZnSnO)계 등의 4성분계 산화물 박막일 수 있다.
이하, 본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 공정 챔버(100)의 반응 공간에 저압 분위기를 형성한다.
이어서, 기판(S) 상에 혼합 소스 가스(MSG)를 분사하여 혼합 소스 가스(MSG)에 혼합된 유기 물질 전구체를 기판(S) 상에 흡착시키는 소스 가스 주입 공정(P1)을 1초 이하, 바람직하게는 0.3 ~ 0.7초 동안 수행한다. 보다 구체적으로, 소스 가스 주입 공정(P1) 동안 가스 주입관(GIP)을 통하여 공정 챔버(100)의 가스 분사 모듈(140)에 혼합 소스 가스(MSG)를 공급함으로써 가스 분사 모듈(140)에 형성된 복수의 제 1 샤워 홀(SH1)을 통해서 저농도의 혼합 소스 가스(MSG)를 상대적으로 높은 압력으로 짧은 시간 내에 기판(S) 상에 분사한다. 일 예에 따른 혼합 소스 가스(MSG)는 제 1 캐리어 가스를 포함하는 제 1 소스 가스 및 포스 가스를 포함하는 제 2 소스 가스의 혼합 가스로 이루어질 수 있다. 다른 예에 따른 혼합 소스 가스(MSG)는 제 1 캐리어 가스를 포함하는 제 1 소스 가스, 포스 가스를 포함하는 제 2 소스 가스, 및 제 2 캐리어 가스를 포함하는 제 3 소스 가스의 혼합 가스로 이루어질 수 있다. 또 다른 예에 따른 혼합 소스 가스(MSG)는 제 1 캐리어 가스를 포함하는 제 1 소스 가스, 포스 가스를 포함하는 제 2 소스 가스, 제 2 캐리어 가스를 포함하는 제 3 소스 가스, 및 제 3 캐리어 가스를 포함하는 제 4 소스 가스의 혼합 가스로 이루어질 수 있다. 이러한 혼합 소스 가스(MSG)는 포스 가스의 유량과 압력에 의해 가스 주입관(GIP)에서 서로 균일하게 혼합되어 공정 챔버(100)의 제 1 가스 주입구(131)를 통해 높은 압력으로 가스 분사 모듈(140)에 공급될 수 있다.
이어서, 공정 챔버(100)의 가스 분사 모듈(140)에 공급되는 혼합 소스 가스(MSG)를 차단하고, 기판(S) 상에 퍼지 가스(PG)를 분사하여 기판(S) 상에 흡착되지 않고 공정 챔버(100)의 반응 공간 내의 존재하는 잔여 유기 물질 전구체를 퍼지(또는 제거)하는 소스 가스 퍼지 공정(P2)을 1초 이하, 바람직하게는 0.3 ~ 0.7초 동안 수행한다. 보다 구체적으로, 소스 가스 퍼지 공정(P2) 동안 가스 주입관(GIP)을 통하여 공정 챔버(100)의 가스 분사 모듈(140)에 퍼지 가스(PG)를 공급함으로써 가스 분사 모듈(140)에 형성된 복수의 제 1 샤워 홀(SH1)을 통해서 기판(S)에 퍼지 가스(PG)를 분사함으로써 공정 챔버(100)의 반응 공간 내의 잔여 유기 물질 전구체와 혼합 소스 가스(MSG)를 퍼지함과 동시에 유기 물질 전구체가 기판(S) 상에 균일하게 흡착되도록 유도한다.
이어서, 공정 챔버(100)의 가스 분사 모듈(140)에 공급되는 퍼지 가스(PG)를 차단하고, 기판(S) 상에 반응 가스(RG)를 분사함과 동시에 플라즈마를 발생시켜 기판(S)에 흡착된 유기 물질 전구체와 반응 가스(RG)를 반응시키는 반응 가스 주입 공정(P3)을 1초 이하, 바람직하게는 0.3 ~ 0.7초 동안 수행한다. 보다 구체적으로, 반응 가스 주입 공정(P3) 동안 공정 챔버(100)의 제 2 가스 주입구(133)를 통해서 가스 분사 모듈(140)에 반응 가스(RG)를 공급함으로써 가스 분사 모듈(140)에 형성된 복수의 제 2 샤워 홀(SH2)을 통해서 기판(S)에 반응 가스(RG)를 분사하고, 이와 동시에 가스 분사 모듈(140)의 도전성 플레이트(143)에 플라즈마 전원을 인가함으로써 가스 분사 모듈(140)의 가스 분사면 주변에 플라즈마를 형성한다. 이에 따라, 복수의 제 2 샤워 홀(SH2)을 통해 기판(S) 상으로 분사되는 반응 가스(RG)는 플라즈마에 의해 활성화되고, 활성화된 반응 가스는 기판(S)에 흡착된 유기 물질 전구체와 반응하고, 이로 인하여 기판(S) 상에 2성분계 또는 3성분계의 산화물 박막이 형성된다.
이어서, 공정 챔버(100)의 가스 분사 모듈(140)에 공급되는 반응 가스(RG)를 차단하고, 이와 동시에 기판(S) 상에 퍼지 가스(PG)를 분사하여 공정 챔버(100)의 반응 공간 내의 존재하는 미반응 가스를 퍼지(또는 제거)하는 반응 가스 퍼지 공정(P4)을 1초 이하, 바람직하게는 0.3 ~ 0.7초 동안 수행한다. 보다 구체적으로, 반응 가스 퍼지 공정(P4) 동안 가스 주입관(GIP)을 통하여 공정 챔버(100)의 가스 분사 모듈(140)에 퍼지 가스(PG)를 공급함으로써 가스 분사 모듈(140)에 형성된 복수의 제 1 샤워 홀(SH1)을 통해서 기판(S)에 퍼지 가스(PG)를 분사함으로써 공정 챔버(100)의 반응 공간 내의 미반응 가스를 퍼지한다.
이와 같은, 본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 장치를 이용한 산화물 박막의 제조 방법은 상대적으로 낮은 증기압을 갖는 소스 가스의 유량과 농도를 캐리어 가스를 이용하여 간접적으로 제어하고, 상대적으로 높은 증기압을 갖는 소스 가스의 유량과 농도를 제 3 유량 제어 부재(245)와 포스 가스를 이용하여 직접적으로 제어하면서 포스 가스를 이용해 혼합 소스 가스가 흐르는 배관의 압력을 증가시킴으로써 상대적으로 짧은 시간(예를 들어, 1초 이내) 동안 혼합 소스 가스를 낮은 농도와 높은 압력으로 기판(S) 상에 분사할 수 있고, 이로 인하여 상대적으로 높은 증기압을 갖는 소스 가스의 유량과 농도에 따른 산화물 박막의 조성 불균일 현상을 최소화하면서 20Å/min 이상의 증착 속도로 고밀도와 고순도의 산화물 박막을 형성할 수 있으며, 5% 이하의 두께 균일도를 갖는 산화물 박막을 형성할 수 있다.
선택적으로, 본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 방법에서, 반응 가스(RG)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 소스 가스 퍼지 공정(P2)과 반응 가스 주입 공정(P3) 동안에 공급될 수 있다. 이 경우, 본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 방법은 반응 가스 주입 공정(P3)에서 산소 플라즈마를 발생시키기 위해 반응 공간에 산소 분위기를 형성하는 시간을 단축시킬 수 있으며, 이로 인하여 증착 속도가 더욱 증가될 수 있다.
그리고, 본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 방법은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 소스 가스 주입 공정(P1) 이후에 수행되는 소스 가스 퍼지 공정과 반응 가스 주입 공정 및 반응 가스 퍼지 공정을 하나의 통합 공정(P2)으로 수행할 수 있다. 이 경우, 본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 방법은 소스 가스 주입 공정(P1)과 통합 공정(P2)만으로 기판 상에 산화물 박막을 형성함으로써 공정 시간을 크게 단축시킬 수 있으며, 이로 인하여 증착 속도가 더욱더 증가될 수 있다. 이러한 제조 방법은 고밀도 고순도를 요구하는 산화물 반도체층으로 이용되는 산화물 박막보다는 투명 도전층으로 이용되는 산화물 박막을 형성하는데 적용될 수 있다.
도 8은 본 출원의 일 따른 산화물 박막의 제조 장치에서, 다른 예에 따른 공정 챔버를 나타내는 도면으로서, 이는 도 1 및 도 2에 도시된 공정 챔버에서 가스 분사 모듈과 서셉터의 구조를 변경한 것이다. 이에 따라, 이하의 설명에서는 가스 분사 모듈과 서셉터에 대해서만 설명하고, 이들을 제외한 나머지 구성들에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
도 8을 도 1과 결부하면, 다른 예에 따른 공정 챔버에서, 서셉터(120)는 하부 챔버(110)의 반응 공간에 설치되고 기판(S)을 지지하고, 지지된 기판(S)을 공정 온도로 가열한다. 일 예에 따른 서셉터(120)는 기판 가열 장치(127)를 포함할 수 있다.
상기 기판 가열 장치(127)는 서셉터(120)의 내부에 내장되어 기판(S)을 가열하기 위한 히터를 포함할 수 있다.
상기 히터는 열선을 이용한 열선 가열 방식, 또는 코일에 의해 발생되는 유도 전류를 이용한 유도 가열 방식, 또는 발열용 필라멘트를 갖는 램프 히터를 램프 히터 방식을 통해 기판(S)을 가열할 수 있다.
다른 예에 따른 공정 챔버에서, 가스 분사 모듈(140)은 샤워 바디(141a), 복수의 제 1 샤워 홀(SH1), 복수의 가스 유로(GFP), 하나 이상의 반응 가스 주입 홀(GIH), 및 복수의 제 2 샤워 홀(SH2)을 포함할 수 있다. 이러한 본 예에 따른 가스 분사 모듈(140)은 도 2에 도시된 가스 분사 모듈(140)에서 플라즈마를 형성하기 위한 복수의 돌출부(141b), 도전성 플레이트(143) 및 절연 플레이트(145)가 생략된 구조를 갖는다.
상기 샤워 바디(141a)는 챔버 리드(130)의 후면에 형성된 제 3 오목부(139)를 덮도록 제 2 오목부(137)의 가장자리 부분에 설치 또는 고정된다. 샤워 바디(141a)는 도전성 재질로 이루어져 챔버 리드(130)를 통해 전기적으로 접지될 수 있다.
상기 복수의 제 1 샤워 홀(SH1) 각각은 제 1 가스 주입구(131)와 가스 확산 공간(GDS)을 경유하여 공급되는 혼합 소스 가스를 기판(S) 상에 분사한다. 일 예에 따른 복수의 제 1 샤워 홀(SH1) 각각은 일정한 간격으로 배열되고 샤워 바디(141a)의 두께 방향(Z)(또는 두께 방향)을 따라 샤워 바디(141a)를 수직 관통하여 형성될 수 있다.
상기 복수의 가스 유로(GFP) 각각은 제 1 방향(X)으로 따라 길게 연장되면서 제 1 방향(X)과 교차하는 제 2 방향(Y)을 따라 일정한 간격을 가지도록 샤워 바디(141a)의 내부에 형성된다. 이때, 복수의 제 1 샤워 홀(SH1) 각각은 복수의 가스 유로(GFP) 각각에 연결되지 않도록 복수의 가스 유로(GFP) 사이에 배치된다.
상기 하나 이상의 반응 가스 주입 홀(GIH)은 하나 이상의 제 2 가스 주입구(133)와 중첩되면서 복수의 가스 유로(GFP) 각각의 일측 및/또는 타측과 교차하도록 샤워 바디(141a)의 내부에 형성된다. 이러한 하나 이상의 반응 가스 주입 홀(GIH)은 복수의 가스 유로(GFP) 각각과 연결됨과 아울러 하나 이상의 제 2 가스 주입구(133)와 연결됨으로써 하나 이상의 제 2 가스 주입구(133)를 경유하여 공급되는 반응 가스를 복수의 가스 유로(GFP) 각각에 공급한다.
상기 복수의 제 2 샤워 홀(SH2) 각각은 복수의 제 1 샤워 홀(SH1) 각각에 인접하게 형성되어 복수의 가스 유로(GFP) 각각으로부터 공급되는 반응 가스를 기판(S) 상에 분사한다. 여기서, 반응 가스는 오존(O3) 또는 수증기(H2O)일 수 있다.
일 예에 따른 복수의 제 2 샤워 홀(SH2) 각각은 복수의 제 1 샤워 홀(SH1) 각각과 인접한 복수의 가스 유로(GFP) 각각과 연결되도록 샤워 바디(141a)의 두께 방향(Z)(또는 두께 방향)을 따라 샤워 바디(141a)에 수직하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제 1 샤워 홀(SH1) 각각의 주변에는 적어도 4개의 제 2 샤워 홀(SH2)이 배치될 수 있다.
본 출원의 다른 예에 따른 공정 챔버를 포함하는 산화물 박막의 제조 장치를 이용한 산화물 박막의 제조 방법은 도 3 내지 도 7에 도시된 제조 방법은 플라즈마 반응 대신에 기판 가열 장치(127)의 기판 가열을 이용한 열반응 공정을 이용하는 것을 제외하고는 도 3 내지 도 7에 도시된 제조 방법과 동일하게 이루어지므로, 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
이와 같은, 본 출원의 다른 예에 따른 공정 챔버를 포함하는 산화물 박막의 제조 장치를 이용한 산화물 박막의 제조 방법은 전술한 본 출원의 일 예에 따른 산화물 박막의 제조 장치를 이용한 산화물 박막의 제조 방법과 동일한 효과를 가질 수 있다.
이하, 본 출원의 예와 비교 예 1 및 비교 예 2에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 출원의 예에 대한 실험에서는 하기의 표 3과 같은 조건으로 인듐 소스 가스, 아연 소스 가스, 및 갈륨 소스 가스를 공정 챔버에 공급하여 IGZO(InGaZnO)계의 3성분계 산화물 박막을 기판 상에 형성하였다.
Figure pat00006
표 3에서 알 수 있듯이, 수학식 1 내지 3을 기반으로, 캐리어 가스의 유량과 포스 가스의 유량을 제어함으로써 서로 다른 증기압을 갖는 인듐 소스 가스의 유량과 아연 소스 가스의 유량 및 갈륨 소스 가스의 유량을 1.5%로 동일하게 제어할 수 있었고, 인듐 소스 가스의 농도와 갈륨 소스 가스의 농도 각각을 1.5%로 제어할 수 있었으며, 아연 소스 가스의 농도를 2.9%로 제어할 수 있었다. 일반적으로, 대면적 기판 상에 산화물 박막을 흡착시키고 다시 퍼지시키기 위해서는 소스 가스의 농도가 낮을수록 유리하다. 이에 따라, 본 출원의 일 예는 서로 다른 증기압을 갖는 3성분계 소스 가스를 3% 이하의 저농도로 제어하여 상대적으로 높은 압력으로 공정 챔버에 공급함으로써 기판 상에 증착된 산화물 박막의 조성 균일도를 개선할 수 있으며, 증착 속도를 증가시켜 생산성을 증가시킬 수 있으며, 이를 통해 대면적 기판의 제조 공정, 특히 디스플레이 장치의 제조 공정에 적용될 수 있다.
다음으로, 비교 예 1에 대한 실험에서는 특허문헌 1, 및 2에 기재된 가스 공급 방식을 적용하여 하기의 표 4와 같은 같은 조건으로 인듐 소스 가스, 아연 소스 가스, 및 갈륨 소스 가스를 공정 챔버에 공급하여 IGZO(InGaZnO)계의 3성분계 산화물 박막을 기판 상에 형성하였다.
Figure pat00007
표 4에서 알 수 있듯이, 비교 예 1은 동일 조건의 캐리어 가스를 이용하여 서로 다른 증기압을 갖는 인듐 소스 가스와 아연 소스 가스 및 갈륨 소스 가스의 혼합 소스 가스를 공정 챔버로 공급하기 때문에 인듐 소스 가스와 아연 소스 가스 및 갈륨 소스 가스 간의 유량 차가 10배 내지 200배 차이가 발생되는 것을 알 수 있으며, 이로 인하여 갈륨 소스 가스는 인듐 소스 가스와 아연 소스 가스 대비 상대적으로 높은 농도를 갖는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 비교 예 1은 소스 가스 간의 유량 및 농도 차이로 인하여 기판 상에 형성되는 산화물 박막의 조성 불균일 현상이 발생한다. 특히, 비교 예 1은 본 출원에서와 같이, 인듐 소스 가스와 아연 소스 가스 및 갈륨 소스 가스를 유사한 유량으로 제어하여 산화물 박막을 형성하는 공정에는 적용하기 불가능한 것을 알 수 있다.
한편, 비교 예 1에 대해, 인듐 소스 가스와 아연 소스 가스 및 갈륨 소스 가스 각각의 유량을 동일하게 제어하기 위해 다른 조건들을 조절한 결과, 하기의 표 5와 같이, 수 ~ 수십 Torr의 증기압을 갖는 인듐 소스 가스와 아연 소스 가스 각각의 유량은 캐리어 가스의 유량을 개별적으로 조절하여 동일하게 제어할 수 있다. 그러나, 수백 Torr의 증기압을 갖는 갈륨 소스 가스의 유량은 캐리어 가스의 유량 조절만으로는 불가능하며, 캐리어 가스의 유량을 산화물 박막의 균일도 관점에서 하한값으로 설정하고 컨테이너의 압력을 조절할 경우 인듐 소스 가스와 아연 소스 가스 각각의 유량과 동일하게 제어될 수 있다. 하지만, 컨테이너의 압력은 상압(760Torr) 이상으로 유지하기 어렵고, 컨테이너의 압력을 상압 이상으로 유지하기 위해서는 별도의 장치가 필요하였다.
따라서, 비교 예 1은 본 출원 예와 비교하여 인듐 소스 가스와 아연 소스 가스 및 갈륨 소스 가스를 유사한 유량으로 제어하기 어렵다는 것을 알 수 있다.
다음으로, 비교 예 2에 대한 실험에서는 하기의 표 5와 같은 같은 조건으로 캐리어 가스를 이용하여 인듐 소스 가스와 아연 소스 가스를 공정 챔버에 공급하고 캐리어 가스 대신에 유량 제어 부재를 이용하여 갈륨 소스 가스를 공정 챔버에 공급하여 IGZO(InGaZnO)계의 3성분계 산화물 박막을 기판 상에 형성하였다.
Figure pat00008
표 5에서 알 수 있듯이, 비교 예 2는 개별 캐리어 가스를 이용하여 인듐 소스 가스와 아연 소스 가스 각각을 공정 챔버로 공급하고 유량 제어 부재를 이용하여 갈륨 소스 가스를 공정 챔버로 공급하기 때문에 인듐 소스 가스와 아연 소스 가스 및 갈륨 소스 가스 각각의 유량이 동일하게 제어되는 것을 알 수 있다. 그러나, 비교 예 2는 갈륨 소스 가스가 상대적으로 높은 증기압을 갖기 때문에 캐리어 가스 없이 유량 제어 부재의 유량 제어를 통해 갈륨 소스 가스의 유량을 인듐 소스 가스와 아연 소스 가스 각각과 동일하게 제어할 수 있지만, 갈륨 소스 가스의 농도가 100%이기 때문에 소스 가스 간의 농도 차이로 인하여 기판 상에 형성되는 산화물 박막의 조성 불균일 현상이 발생한다. 특히, 비교 예 2는 고농도의 갈륨 소스 전구체를 기판에 균일하게 흡착시키기 위해서는 충분한 시간(대략 10초) 동안의 퍼지 공정이 필요하게 되므로, 이러한 퍼지 공정으로 인하여 증착 속도가 저하됨에 따라 생산성 저하로 인하여 대면적 기판의 제조 공정, 특히 디스플레이 장치의 제조 공정에 적용하는데 어려움이 있다.
다음으로, 본 출원의 예와 비교 예 2 각각의 제조 방법을 통해 기판 상에 산화물 박막을 제작하였고, 아래의 표 6과 같이, 기판의 중심 영역(Center), 및 중심 영역과 외곽 영역 사이의 내부 영역(inside) 각각에 형성된 산화물 박막의 조성을 측정한 결과하였다. 이때, 산화물 박막의 조성은 유도 결합 플라즈마 발광 분석기(ICP-OES)를 이용하였다. 유도 결합 플라즈마 발광 분석기는 10,000K 정도의 높은 온도를 얻을 수 있는 유도결합 플라즈마를 이용하여 원소의 방출 스펙트럼을 얻어 분석하는 장치이다.
Figure pat00009
표 6에서 알 수 있듯이, 비교 예 2에 따른 산화물 박막의 제조 방법은 기판의 중심 영역(Center)과 내부 영역(inside) 간의 갈륨의 농도가 8%의 편차를 갖는 것을 알 수 있다. 반면에, 본 출원의 예에 따른 산화물 박막의 제조 방법은 기판의 중심 영역(Center)과 내부 영역(inside) 간의 갈륨의 농도가 1.5%의 편차를 갖는 것을 알 수 있다.
이와 같은, 본 출원의 예에 따른 산화물 박막의 제조 장치 및 제조 방법은 기판 상에 형성되는 IGZO(InGaZnO)계의 3성분계 산화물 박막의 조성 균일도를 개선할 수 있으며, 나아가, 전술한 2성분계 산화물 박막 또는 전술한 4성분계 산화물 박막의 조성 균일도 역시 개선할 수 있다.
도 9는 본 출원의 일 예에 따른 박막 트랜지스터의 단면도이다.
도 9를 참조하면, 본 출원의 일 예에 따른 박막 트랜지스터(TFT)는 기판(S) 상의 산화물 반도체층(530), 산화물 반도체층(530)과 절연되면서 산화물 반도체층(530)의 적어도 일부와 중첩하는 게이트 전극(550), 산화물 반도체층(530)과 연결된 소스 전극(570), 및 소스 전극(570)과 이격되면서 산화물 반도체층(530)과 연결된 드레인 전극(580)을 포함할 수 있다.
상기 기판(S)으로 유리 또는 플라스틱이 이용될 수 있다. 플라스틱으로 플렉서블 특성을 갖는 투명 플라스틱, 예를 들어, 폴리이미드가 이용될 수 있다.
상기 기판(S)의 전면(前面)은 버퍼층(520)에 의해 덮일 수 있다. 버퍼층(520)은 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 버퍼층(520)은 수소(H)를 포함하고 있다. 버퍼층(520)에 포함된 수소는 산화물 반도체층(530)으로 이동하여, 산화물 반도체층(530)의 산소와 결합함으로써 산화물 반도체층(530)에서 산소 결손(O-vacancy)을 유발하거나, 산화물 반도체층(530)의 도체화를 유발할 수 있으며, 이로 인하여 산화물 반도체층(530)이 손상되어 박막 트랜지스터(TFT)의 신뢰성이 저하된다.
상기 산화물 반도체층(530)은 버퍼층(520) 상의 수소 차단층(531) 및 수소 차단층(531) 상의 활성층(533)을 포함할 수 있다.
상기 수소 차단층(531)은 활성층(533)과 버퍼층(520) 사이에 배치되어 활성층(530)으로 수소(H)가 유입되는 것을 방지함으로써 활성층(533)을 보호하는 보호층의 역할을 한다.
일 예에 따른 수소 차단층(531)은 갈륨(Ga) 및 아연(Zn)을 포함할 수 있다.
상기 갈륨(Ga)은 산소와 안정적인 결합을 형성하여, 기체 침투에 대한 내성이 우수하다. 따라서, 수소 차단층(531)의 표면에서 수소가 갈륨(Ga)과 결합하지 못하고 차단되기 때문에, 수소 차단층(531)으로 수소가 확산되지 못한다.
상기 아연(Zn)은 안정적인 막형성에 기여한다. 아연(Zn)에 의해 비정질 막 또는 결정질 막이 용이하게 형성될 수 있다. 이에 따라, 갈륨(Ga)은 아연(Zn)과 함께 안정적인 막을 형성할 수 있다.
일 예에 따른 수소 차단층(531)은 GZO(GaZnO)계 산화물 반도체 물질로 이루어질 수 있다. GZO(GaZnO)계 산화물 반도체 물질은 금속 성분으로 갈륨(Ga) 및 아연(Zn)을 주로 포함하는 반도체 물질이다. 또한, 수소 차단층(531)은 소량의 인듐(In)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 활성층(533)의 인듐(In)이 수소 차단층(531)으로 유입됨으로써 수소 차단층(531)이 인듐(In)을 포함할 수 있다. 이와 같은, 수소 차단층(531)은 도 1 내지 도 8에 도시된 본 출원의 일 예에 따른 MOCVD를 이용한 산화물 박막의 제조 장치를 이용한 산화물 박막의 제조 방법을 기반으로 형성되되, 수소 차단 기능을 가질 수 있는 조성을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 활성층(533)은 채널층으로 표현될 수 있다. 활성층(533)은 산화물 반도체 물질을 포함한다. 예를 들어, 활성층(132)은 IZO(InZnO)계, IGO(InGaO)계, GZO(GaZnO), IGZO(InGaZnO)계, GZTO(GaZnSnO)계, ITZO(InSnZnO)계, 또는 IGZTO(InGaZnSnO)계 등의 산화물 반도체 물질을 포함할 수 있다. 이러한 활성층(533)은 도 1 내지 도 8에 도시된 본 출원의 일 예에 따른 MOCVD를 이용한 산화물 박막의 제조 장치를 이용한 산화물 박막의 제조 방법을 기반으로 형성되되, 박막 트랜지스터(TFT)의 특성에 맞는 조성을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 산화물 반도체층(530)은 절연막(540)에 의해 덮일 수 있다. 절연막(540)은 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 게이트 전극(550)은 산화물 반도체층(530)과 적어도 일부 중첩되는 절연막(540) 상에 배치된다.
상기 게이트 전극(550)과 산화물 반도체층(530)은 층간 절연층(560)에 의해 덮인다. 상기 층간 절연층(560)은 유기물로 이루어질 수도 있고, 무기물로 이루어질 수도 있으며, 유기물층과 무기물층의 적층체로 이루어질 수도 있다.
상기 소스 전극(570) 및 드레인 전극(580) 각각은 산화물 반도체층(530)과 중첩되도록 층간 절연층(560) 상에 서로 이격되도록 배치되어 산화물 반도체층(530)과 각각 연결된다.
상기 소스 전극(570)은 층간 절연층(560)에 형성된 소스 컨택홀을 통하여 산화물 반도체층(530), 즉 활성층(533)의 소스 영역과 연결된다. 상기 드레인 전극(580)은 층간 절연층(560)에 형성된 드레인 컨택홀을 통하여 산화물 반도체층(530), 즉 활성층(533)의 드레인 영역과 연결된다.
이와 같은, 본 출원의 일 예에 따른 박막 트랜지스터(TFT)는 본 출원의 일 예에 따른 MOCVD를 이용한 산화물 박막의 제조 장치를 이용한 산화물 박막의 제조 방법을 기반으로 형성되는 산화물 반도체층(530)을 포함함으로써 산화물 반도체층(530)의 균일한 조성에 의해 전기적인 특성이 개선될 수 있다.
추가적으로, 본 출원의 일 예에 따른 박막 트랜지스터(TFT)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 기판(S)과 버퍼층(520) 사이에 배치된 광차단층(510)을 더 포함할 수 있다.
상기 광차단층(510)은 산화물 반도체층(530)과 중첩됨으로써 외부로부터 박막 트랜지스터(TFT)의 산화물 반도체층(530)으로 입사되는 광을 차단하여 외부 입사 광에 의한 산화물 반도체층(530)의 손상 내지 열화를 방지한다.
일 예에 따른 광차단층(510)은 금속과 같은 전기 전도성 물질로 형성되기 때문에 광 차단층(510)과 산화물 반도체층(530)을 절연시키기 위해 광 차단층(510)은 버퍼층(520)에 의해 덮인다. 이로 인하여, 버퍼층(520)에 포함된 수소가 산화물 반도체층(530) 내부로 확산될 수 있지만, 버퍼층(520)에 포함된 수소는 광 차단층(510)과 중첩되는 버퍼층(520) 상에 배치된 산화물 반도체층(530)의 수소 차단층(531)의 표면에서 갈륨(Ga)과 결합하지 못하고 차단됨으로써 수소 차단층(531)으로 확산되지 못한다.
추가적으로, 도 9 및 도 10에 도시된 박막 트랜지스터(TFT)는 산화물 반도체층(530) 상에 게이트 전극이 배치된 탑 게이트 구조를 가지지만, 이에 한정되지 않고, 게이트 전극이 산화물 반도체층(530) 아래에 배치된 버텀 게이트 구조를 가질 수 있다.
도 11은 본 출원의 일 예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 단면도로서, 이는 디스플레이 장치의 한 화소를 나타낸 것이다.
도 11을 참조하면, 본 출원의 일 예에 따른 디스플레이 장치는 기판(S), 기판(S), 박막 트랜지스터(TFT), 평탄화층(600), 제 1 전극(710)과 유기층(730) 및 제 2 전극(750)을 갖는 유기 발광 소자(700), 및 뱅크층(800)을 포함할 수 있다.
상기 기판(S)과 박막 트랜지스터(TFT) 각각은 도 9 또는 도 10에 도시된 박막 트랜지스터와 동일하므로, 이에 대한 중복 설명은 생략한다. 다만, 본 예에 따른 디스플레이 장치는 박막 트랜지스터(TFT)의 게이트 전극(540)과 함께 형성된 게이트 라인, 박막 트랜지스터(TFT)의 소스/드레인 전극(570, 580)과 함께 형성된 데이터 라인 및 화소 구동 전원 라인을 더 포함한다.
상기 평탄화층(600)은 박막 트랜지스터(TFT) 상에 배치되어 기판(S)의 상부를 평탄화시킨다. 평탄화층(600)은 감광성을 갖는 아크릴 수지와 같은 유기 절연 물질로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
상기 제 1 전극(710)은 평탄화층(600) 상에 배치된다. 제 1 전극(710)은 평탄화막(600)에 구비된 전극 컨택홀을 통해 박막 트랜지스터(TFT)의 소스 전극(570)과 연결된다.
상기 뱅크층(800)은 제 1 전극(710) 및 평탄화층(600) 상에 배치되어 화소의 발광 영역을 정의한다. 일 예에 따른 뱅크층(800)은 복수의 화소들 사이의 경계 영역에 매트릭스 구조로 배치되어 각 화소의 발광 영역을 정의한다.
상기 유기층(730)은 유기 발광층을 포함한다.
일 예에 따른 유기층(730)은 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 색을 갖는 광을 방출하는 하나의 유기 발광층을 포함할 수도 있다. 이 경우, 유기층(730)은 화소 별로 분리되도록 뱅크층(800)에 의해 정의된 발광 영역에 배치된 제 1 전극(710) 상에 배치될 수 있다.
다른 예에 따른 유기층(730)은 백색 광을 방출하기 위하여 서로 다른 색을 갖는 광을 방출하도록 상하로 적층된 복수의 유기 발광층을 포함할 수 있다. 이 경우, 유기층(730)은 화소 별로 분리되지 않고 인접하는 화소 사이에 서로 연결되도록 제 1 전극(710)과 뱅크층(800) 상에 배치될 수 있다.
상기 제 2 전극(750)은 복수의 화소들에 배치된 유기층(730)과 공통적으로 연결되도록 기판(S) 상에 배치된다.
선택적으로, 유기층(730)이 백색 광을 방출하는 경우, 복수의 화소 각각은 유기층(730)에서 방출되는 백색 광을 파장 별로 필터링하기 위한 컬러 필터를 포함할 수 있다. 컬러 필터는 광의 이동 경로 상에 형성된다.
일 예로서, 유기층(730)에서 방출된 광이 기판(S)을 통과하여 외부로 방출되는 하부 발광 방식인 경우, 컬러 필터는 각 화소의 발광 영역과 중첩되도록 유기층(730) 아래에 배치된다. 이때, 제 1 전극(710)은 투명 도전층으로 형성되며, 이러한 제 1 전극(710)은 본 출원의 일 예에 따른 MOCVD를 이용한 산화물 박막의 제조 장치를 이용한 산화물 박막의 제조 방법을 기반으로 형성되는 투명 도전층으로 이루어질 수 있다.
다른 예로서, 유기층(730)에서 방출된 광이 제 2 전극(750)을 통과하여 외부로 방출되는 상부 발광 방식인 경우, 컬러 필터는 각 화소의 발광 영역과 중첩되도록 유기층(730) 위에 배치된다. 이때, 제 2 전극(730)은 투명 도전층으로 형성되며, 이러한 제 2 전극(730)은 본 출원의 일 예에 따른 MOCVD를 이용한 산화물 박막의 제조 장치를 이용한 산화물 박막의 제조 방법을 기반으로 형성되는 투명 도전층으로 이루어질 수 있다.
한편, 본 출원의 일 예에 따른 디스플레이 장치는 도 11에 도시된 바와 같이, 유기 발광 소자(700)를 포함하는 유기 발광 디스플레이 장치의 구조를 가지지만, 이에 한정되지 않고, 액정층을 포함하는 액정 디스플레이 장치의 구조를 가질 수 있다.
상술한 본 출원의 예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 출원의 적어도 하나의 예에 포함되며, 반드시 하나의 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 본 출원의 적어도 하나의 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 본 출원이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 출원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 본 출원은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 출원의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 출원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 출원의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 출원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 공정 챔버 110: 하부 챔버
120: 서셉터 130: 챔버 리드
140: 가스 분사 모듈 210: 제 1 소스 컨테이너 모듈
220: 제 1 캐리어 가스 공급 모듈 230: 제 2 소스 컨테이너 모듈
240: 포스 가스 공급 모듈 250: 반응 가스 공급 모듈
260: 퍼지 가스 공급 모듈 270: 제 3 소스 컨테이너 모듈
280: 제 2 캐리어 가스 공급 모듈 290: 제 3 소스 컨테이너 모듈
300: 제 2 캐리어 가스 공급 모듈 400: 바이패스 배기 모듈
510: 광차단층 520: 버퍼층
530: 산화물 반도체층 531: 수소 차단층
533: 활성층 540: 절연막
550: 게이트 전극 560: 층간 절연층
570: 소스 전극 580: 드레인 전극
600: 평탄화층 700: 유기 발광 소자
710: 제 1 전극 730: 유기층
750: 제 2 전극 800: 뱅크층

Claims (32)

  1. 반응 공간을 갖는 하부 챔버;
    상기 반응 공간에 설치되고 기판을 지지하는 서셉터;
    상기 반응 공간을 밀폐하고 제 1 가스 주입구와 하나 이상의 제 2 가스 주입구를 갖는 챔버 리드;
    상기 서셉터와 마주하도록 상기 챔버 리드에 설치되고 상기 제 1 가스 주입구와 상기 하나 이상의 제 2 가스 주입구에 연결된 가스 분사 모듈;
    상기 제 1 가스 주입구에 연결되고 제 1 증기압을 갖는 제 1 소스 가스를 제공하기 위한 제 1 소스 컨테이너 모듈;
    상기 제 1 소스 컨테이너 모듈에 제 1 캐리어 가스를 공급하는 제 1 캐리어 가스 공급 모듈;
    상기 제 1 가스 주입구에 연결되고 상기 제 1 증기압과 다른 제 2 증기압을 갖는 제 2 소스 가스를 제공하기 위한 제 2 소스 컨테이너 모듈;
    상기 제 2 소스 컨테이너 모듈과 상기 제 1 가스 주입구 사이의 가스 경로에 포스 가스를 공급하는 포스 가스 공급 모듈;
    상기 하나 이상의 제 2 가스 주입구에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 모듈; 및
    상기 제 1 가스 주입구에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 모듈을 포함하는, 산화물 박막의 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 주입구에 공급되는 상기 제 1 소스 가스의 유량은 상기 제 1 캐리어 가스에 의해 제어되며,
    상기 제 1 가스 주입구에 공급되는 상기 제 2 소스 가스의 농도는 상기 포스 가스에 의해 제어되는, 산화물 박막의 제조 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 증기압은 상기 제 1 증기압보다 높은, 산화물 박막의 제조 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 증기압은 200Torr 미만이며,
    상기 제 2 증기압은 200Torr 이상인, 산화물 박막의 제조 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 주입구에 연결된 가스 주입관;
    상기 제 1 소스 컨테이너 모듈과 상기 제 2 소스 컨테이너 모듈 각각과 상기 가스 주입관 사이에 연결된 소스 가스 배관; 및
    상기 가스 주입관과 상기 소스 가스 배관을 연결하는 제 1 분기관을 더 포함하는, 산화물 박막의 제조 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 소스 가스 배관은,
    상기 가스 주입관과 상기 제 1 소스 컨테이너 모듈 사이에 연결된 제 1 소스 가스 공급관; 및
    상기 가스 주입관과 상기 제 2 소스 컨테이너 모듈 사이에 연결된 제 2 소스 가스 공급관을 포함하며,
    상기 포스 가스 공급 모듈은 상기 포스 가스를 제 2 소스 가스 공급관에 공급하는, 산화물 박막의 제조 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 소스 컨테이너 모듈은 상기 제 1 캐리어 가스를 공급받는 입력 포트와 상기 제 1 소스 가스 공급관에 연결된 출력 포트를 가지며 제 1 유기 물질을 상기 제 1 소스 가스로 기화시키는 제 1 소스 컨테이너를 포함하며,
    상기 제 1 캐리어 가스 공급 모듈은,
    상기 제 1 소스 컨테이너의 입력 포트에 연결된 제 1 캐리어 가스 공급관;
    상기 제 1 캐리어 가스 공급관에 상기 제 1 캐리어 가스를 공급하는 제 1 캐리어 가스 공급원; 및
    상기 제 1 캐리어 가스 공급관에 설치된 제 1 유량 제어 부재를 포함하는, 산화물 박막의 제조 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 소스 컨테이너 모듈은,
    상기 제 2 소스 가스 공급관에 연결된 출력 포트를 가지며 제 2 유기 물질을 상기 제 2 소스 가스로 기화시키는 제 2 소스 컨테이너; 및
    상기 제 2 소스 컨테이너의 출력 포트와 상기 제 2 소스 가스 공급관 사이에 설치된 제 2 유량 제어 부재를 포함하며,
    상기 포스 가스 공급 모듈은,
    상기 제 2 소스 가스 공급관에 연결된 포스 가스 공급관;
    상기 포스 가스 공급관에 상기 포스 가스를 공급하는 포스 가스 공급원; 및
    상기 포스 가스 공급관에 설치된 제 3 유량 제어 부재를 포함하는, 산화물 박막의 제조 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 포스 가스 공급관은 상기 제 2 소스 가스 공급관 중 상기 가스 주입관보다 상기 제 2 유량 제어 부재에 상대적으로 가까운 부분에 연결된, 산화물 박막의 제조 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 가스는 산소(O2)이며,
    상기 가스 분사 모듈은 상기 반응 가스를 플라즈마화하여 상기 기판 상에 분사하는, 산화물 박막의 제조 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 가스는 오존(O3) 또는 수증기(H2O)이며,
    상기 서셉터는 상기 기판을 가열하는 기판 가열 장치를 포함하는, 산화물 박막의 제조 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 소스 가스는 DEZn(Diethylzinc), TEIn(Triethylindium), TMIn(Trimethylindium), DADI((3-Dimethylaminopropyl)Dimethylindium), TIBGa(Triisobutylgallium), 및 TEGa(Triethylgallium) 중 어느 하나의 물질이며,
    상기 제 2 소스 가스는 TMGa(Trimethylgallium) 또는 DMZn(Dimethylzinc)인, 산화물 박막의 제조 장치.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 주입구에 연결되고 상기 제 2 증기압과 다른 제 3 증기압을 갖는 제 3 소스 가스를 제공하기 위한 제 3 소스 컨테이너 모듈; 및
    상기 제 3 소스 컨테이너 모듈에 제 2 캐리어 가스를 공급하는 제 2 캐리어 가스 공급 모듈을 더 포함하며,
    상기 제 1 가스 주입구에 공급되는 상기 제 3 소스 가스의 유량은 상기 제 2 캐리어 가스에 의해 제어되는, 산화물 박막의 제조 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 소스 가스는 DEZn(Diethylzinc), TEIn(Triethylindium), TMIn(Trimethylindium), DADI((3-Dimethylaminopropyl)Dimethylindium), TIBGa(Triisobutylgallium), 및 TEGa(Triethylgallium) 중 어느 하나의 물질이고,
    상기 제 2 소스 가스는 TMGa(Trimethylgallium) 또는 DMZn(Dimethylzinc)이며,
    상기 제 3 소스 가스는 TESn(Tetraethyltin) 또는 TMSn(Tetramethyltin)인, 산화물 박막의 제조 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 소스 가스는 DADI((3-Dimethylaminopropyl)Dimethylindium), TEIn(Triethylindium), 및 TMIn(Trimethylindium) 중 어느 하나의 물질이고,
    상기 제 2 소스 가스는 DMZn(Dimethylzinc)이며,
    상기 제 3 소스 가스는 TESn(Tetraethyltin) 또는 TMSn(Tetramethyltin)인, 산화물 박막의 제조 장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 소스 가스는 1초 이하의 공정 시간 동안 상기 기판 상에 분사되는, 산화물 박막의 제조 장치.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 주입구에 연결되고 상기 제 2 증기압과 다른 제 4 증기압을 갖는 제 4 소스 가스를 제공하기 위한 제 4 소스 컨테이너 모듈; 및
    상기 제 4 소스 컨테이너 모듈에 제 3 캐리어 가스를 공급하는 제 3 캐리어 가스 공급 모듈을 더 포함하며,
    상기 제 1 가스 주입구에 공급되는 상기 제 4 소스 가스의 유량은 상기 제 3 캐리어 가스에 의해 제어되는, 산화물 박막의 제조 장치.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 소스 가스는 DEZn(Diethylzinc), TIBGa(Triisobutylgallium), 및 TEGa(Triethylgallium) 중 어느 하나의 물질이고,
    상기 제 2 소스 가스는 TMGa(Trimethylgallium) 또는 DMZn(Dimethylzinc)이고,
    상기 제 3 소스 가스는 DADI((3-Dimethylaminopropyl)Dimethylindium), TEIn(Triethylindium), 및 TMIn(Trimethylindium) 중 어느 하나의 물질이며,
    상기 제 4 소스 가스는 TESn(Tetraethyltin) 또는 TMSn(Tetramethyltin)인, 산화물 박막의 제조 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 4 소스 가스는 1초 이하의 공정 시간 동안 상기 기판 상에 분사되는, 산화물 박막의 제조 장치.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 산화물 박막의 제조 장치를 이용하여 기판 상에 산화물 박막을 형성하는, 산화물 박막의 제조 방법.
  21. 공정 챔버의 제 1 가스 주입구에 연결된 제 1 소스 컨테이너 모듈에서 제 1 증기압을 갖는 제 1 소스 가스를 생성하는 단계;
    상기 제 1 가스 주입구에 연결된 제 2 소스 컨테이너 모듈에서 상기 제 1 증기압과 다른 제 2 증기압을 갖는 제 2 소스 가스를 생성하는 단계;
    상기 제 1 소스 컨테이너 모듈에 제 1 캐리어 가스를 공급하여 상기 제 1 소스 가스를 상기 제 1 가스 주입구에 공급하는 단계;
    상기 제 2 소스 컨테이너 모듈과 상기 제 1 가스 주입구 사이의 가스 경로에 포스 가스를 공급하여 상기 제 2 소스 가스를 상기 제 1 가스 주입구에 공급하는 단계;
    공정 챔버의 하나 이상의 제 2 가스 주입구에 반응 가스를 공급하는 단계;
    상기 제 1 가스 주입구에 퍼지 가스를 공급하는 단계; 및
    상기 제 1 및 제 2 소스 가스와 상기 반응 가스 및 상기 퍼지 가스를 기판 상에 분사하는 단계를 포함하는, 산화물 박막의 제조 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 주입구에 공급되는 상기 제 1 소스 가스의 유량은 상기 제 1 캐리어 가스에 의해 제어되며,
    상기 제 1 가스 주입구에 공급되는 상기 제 2 소스 가스의 농도는 상기 포스 가스에 의해 제어되는, 산화물 박막의 제조 방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 2 증기압은 상기 제 1 증기압보다 높은, 산화물 박막의 제조 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 증기압은 200Torr 미만이며,
    상기 제 2 증기압은 200Torr 이상인, 산화물 박막의 제조 방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 소스 가스는 상기 제 1 캐리어 가스에 의해 상기 제 1 소스 컨테이너 모듈에 연결된 제 1 소스 가스 공급관 및 상기 제 1 소스 가스 공급관에 연결된 가스 주입관을 통해서 상기 제 1 가스 주입구에 공급되고,
    상기 제 2 소스 가스는 상기 제 2 소스 컨테이너 모듈과 연결된 제 2 소스 가스 공급관 및 상기 제 2 소스 가스 공급관에 연결된 상기 가스 주입관을 통해 상기 제 2 가스 주입구에 공급되며,
    상기 포스 가스는 상기 제 2 소스 가스 공급관에 공급되는, 산화물 박막의 제조 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 소스 컨테이너 모듈로부터 상기 제 1 소스 가스 공급관에 공급되는 상기 제 1 소스 가스의 유량은 상기 제 1 캐리어 가스를 상기 제 1 소스 컨테이너 모듈에 공급하는 제 1 유량 제어 부재에 의해 제어되며,
    상기 제 2 소스 컨테이너 모듈로부터 상기 제 2 소스 가스 공급관에 공급되는 상기 제 2 소스 가스의 유량은 상기 제 2 소스 가스 공급관에 설치된 제 2 유량 제어 부재에 의해 제어되며,
    상기 포스 가스는 상기 제 2 소스 가스 공급관 중 상기 가스 주입관보다 상기 제 2 유량 제어 부재에 상대적으로 가까운 부분에 연결된 포스 가스 공급관을 통해 상기 제 2 소스 가스 공급관에 공급되는, 산화물 박막의 제조 방법.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 주입구에 연결된 제 3 소스 컨테이너 모듈에서 상기 제 2 증기압과 다른 제 3 증기압을 갖는 제 3 소스 가스를 생성하는 단계; 및
    상기 제 3 소스 컨테이너 모듈에 제 2 캐리어 가스를 공급하여 상기 제 3 소스 가스를 상기 제 1 가스 주입구에 공급하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제 1 가스 주입구에 공급되는 상기 제 3 소스 가스의 유량은 상기 제 2 캐리어 가스에 의해 제어되며,
    상기 제 1 및 제 2 소스 가스와 상기 반응 가스 및 상기 퍼지 가스를 기판 상에 분사하는 단계는 상기 제 3 소스 가스를 상기 기판 상에 분사하는 단계를 포함하는, 산화물 박막의 제조 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 주입구에 연결된 제 4 소스 컨테이너 모듈에서 상기 제 2 증기압과 다른 제 4 증기압을 갖는 제 4 소스 가스를 생성하는 단계; 및
    상기 제 4 소스 컨테이너 모듈에 제 3 캐리어 가스를 공급하여 상기 제 4 소스 가스를 상기 제 1 가스 주입구에 공급하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제 1 가스 주입구에 공급되는 상기 제 4 소스 가스의 유량은 상기 제 3 캐리어 가스에 의해 제어되며,
    상기 제 1 내지 제 3 소스 가스와 상기 반응 가스 및 상기 퍼지 가스를 기판 상에 분사하는 단계는 상기 제 4 소스 가스를 상기 기판 상에 분사하는 단계를 포함하는, 산화물 박막의 제조 방법.
  29. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 산화물 박막의 제조 장치 또는 제 21 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 따른 산화물 박막의 제조 방법에 의해 기판 상에 형성된 산화물 박막을 포함하는, 디스플레이 장치.
  30. 기판; 및
    상기 기판 상의 박막 트랜지스터를 포함하고,
    상기 박막 트랜지스터는,
    상기 기판 상의 산화물 반도체층;
    상기 산화물 반도체층과 절연되고 상기 산화물 반도체층과 적어도 일부에 중첩되는 게이트 전극;
    상기 산화물 반도체층과 연결된 소스 전극; 및
    상기 소스 전극과 이격되고 상기 산화물 반도체층과 연결된 드레인 전극을 포함하며,
    상기 산화물 반도체층은 제 21 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 따른 산화물 박막의 제조 방법에 의해 형성된, 디스플레이 장치.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 산화물 반도체층은,
    상기 기판 상의 수소 차단층; 및
    상기 수소 차단층 상의 활성층을 포함하며,
    상기 수소 차단층 또는 활성층은 제 21 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 따른 산화물 박막의 제조 방법에 의해 형성된, 디스플레이 장치.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 산화물 반도체층 사이에 배치된 광차단층을 더 포함하며,
    상기 광 차단층은 제 21 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 따른 산화물 박막의 제조 방법에 의해 형성된, 디스플레이 장치.
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