KR20200003760A - 박막형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상기 기판 상에 소스가스, 제1퍼지가스, 상기 소스가스와 반응하는 반응가스, 및 제2퍼지가스를 순차적으로 분사하여 단일 원자층 박막을 형성하는 단계; 상기 단일 원자층 박막을 형성하는 단계 이후 연속하여 상기 단일 원자층 박막의 불순물을 제거하도록 플라즈마 처리를 통해 단일 원자층 박막의 불순물을 제거하는 단계; 및 상기 단일 원자층 박막을 형성하는 단계와 상기 단일 원자층 박막의 불순물을 제거하는 단계가 연속하여 진행되는 단일 사이클을 반복 수행하여 상기 기판에 완전한 박막을 형성하는 단계를 포함하는 박막형성방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 박막의 막질을 향상시킬 수 있는 박막형성방법에 관한 것이다.
반도체소자, 평판표시소자 또는 태양전지 등은, 실리콘 웨이퍼 또는 글라스 등과 같은 기판에 필요한 물질을 증착하여 박막을 형성하는 박막증착공정, 감광성 물질을 사용하여 증착된 박막들 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토리소그라피공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 목적하는 패턴을 형성하는 식각공정 등과 같은 반도체 제조공정에 의하여 제조된다.
기판에 박막을 형성하는 박막증착공정은 기판측으로 소스가스 및 반응가스를 분사하여, 소스가스와 반응가스의 반응에 의하여 기판에 박막을 증착하기도 하며, 필요에 따라 플라즈마를 발생시키기도 한다.
박막증착공정중의 하나인 원자층증착(ALD: Atomic Layer Deposition)공정은 기판을 처리하기 위한 공간이 분할된 공간분할 플라즈마(SDP: Space Divided Plasma) 증착장치에서 수행하기도 한다.
종래의 기판처리장치 및 기판처리방법은, 챔버의 내부를 소스가스가 분사되는 영역과 반응가스가 분사되는 영역으로 구획 분할한 다음, 소스가스 → 퍼지가스 → 반응가스 → 퍼지가스 → 소스가스의 순으로 수십회이상 순환 가스를 분사하여, 기판에 박막을 증착한다.
그 후, 기판에 수백 A 두께의 박막을 완전히 증착한 다음, 플라즈마로 박막을 트리트먼트(Treatment) 한다.
상기와 같은 종래의 기판처리장치 및 기판처리방법은, 기판에 박막을 완전히 형성한 다음 박막을 트리트먼트 하므로, 박막의 상측 부위에 비하여 하측 부위가 상대적으로 덜 플라즈마 처리될 수 있다. 이로 인해, 하측 부위의 박막의 불순물 제거가 저하될 우려가 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 모든 문제점들을 해결할 수 있는 박막형성방법을 제공하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 기판에 형성된 박막의 막질을 향상시킬 수 있는 박막형성방법을 제공하는 것일 수 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 박막형성방법은 기판 상에 박막을 형성하는 방법으로서, 상기 기판 상에 소스가스, 제1퍼지가스, 상기 소스가스와 반응하는 반응가스, 및 제2퍼지가스를 순차적으로 분사하여 단일 원자층 박막을 형성하는 단계; 상기 단일 원자층 박막을 형성하는 단계 이후 연속하여 상기 단일 원자층 박막의 불순물을 제거하도록 플라즈마 처리를 통해 단일 원자층 박막의 불순물을 제거하는 단계; 및 상기 단일 원자층 박막을 형성하는 단계와 상기 단일 원자층 박막의 불순물을 제거하는 단계가 연속하여 진행되는 단일 사이클을 반복 수행하여 상기 기판에 완전한 박막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 기판은 챔버 내의 회전 가능하게 설치된 기판지지부에 지지될 수 있다. 상기 챔버는 상기 제1퍼지가스에 의해 상기 소스가스가 분사되는 제1영역과 상기 반응가스가 분사되는 제2영역이 구획 분할됨과 아울러 상기 제2퍼지가스에 의해 상기 제2영역과 플라즈마 처리를 위한 트리트먼트 가스가 분사되는 제3영역으로 구획 분할될 수 있다. 상기 기판지지부는 상기 기판이 상기 제1영역, 상기 기판에 흡착되지 않은 상기 소스가스를 제거하기 위해 상기 제1영역과 상기 제2영역 사이에 배치되어서 상기 제1퍼지가스가 분사되는 영역, 상기 제2영역, 상기 소스가스와 반응하지 않은 상기 반응가스를 제거하기 위해 상기 제2영역과 상기 제3영역 사이에 배치되어서 상기 제2퍼지가스가 분사되는 영역, 및 상기 제3영역을 순차적으로 이동하도록 회전할 수 있다.
본 발명에 따른 박막형성방법은 기판 상에 박막을 형성하는 방법으로서, 단일 원자층 박막 형성과 단일 원자층 박막의 불순물 제거가 연속하여 수행되도록 상기 기판 상에 소스가스 분사, 제1퍼지가스 분사, 상기 소스가스와 반응하는 반응가스 분사, 제2퍼지가스 분사, 및 상기 단일 원자층 박막 상에 불순물을 제거하기 위한 플라즈마 처리를 순차적으로 연속하여 진행하는 단일 사이클에 따라 상기 기판 상에 불순물이 제거된 단일 원자층 박막을 형성하는 단계; 및 상기 불순물이 제거된 단일 원자층 박막을 형성하는 단계를 반복 수행하여 상기 기판 상에 완전한 박막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 기판은 챔버 내의 회전 가능하게 설치된 기판지지부에 지지될 수 있다. 상기 챔버는 상기 제1퍼지가스에 의해 상기 소스가스가 분사되는 제1영역과 상기 반응가스가 분사되는 제2영역이 구획 분할됨과 아울러 상기 제2퍼지가스에 의해 상기 제2영역과 플라즈마 처리를 위한 트리트먼트 가스가 분사되는 제3영역으로 구획 분할될 수 있다. 상기 기판지지부는 상기 기판이 상기 제1영역, 상기 기판에 흡착되지 않은 상기 소스가스를 제거하기 위해 상기 제1영역과 상기 제2영역 사이에 배치되어서 상기 제1퍼지가스가 분사되는 영역, 상기 제2영역, 상기 소스가스와 반응하지 않은 상기 반응가스를 제거하기 위해 상기 제2영역과 상기 제3영역 사이에 배치되어서 상기 제2퍼지가스가 분사되는 영역, 및 상기 제3영역을 순차적으로 이동하도록 회전할 수 있다.
본 실시예에 따른 박막형성방법은, 기판에 소스가스와 제1퍼지가스와 반응가스와 제2퍼지가스를 순차적으로 분사하여 박막을 형성하고, 기판에 형성된 박막의 불순물 제거하는 단계를 추가하고, 상기 방법을 연속 공정을 진행하여 박막을 형성한다. 그러면, 기판에 박막이 완전하게 형성된 후 박막을 플라즈마로 처리하는 것에 비하여, 박막의 높이 방향으로 박막의 불순물이 균일하게 제거되어 막질이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형성장치의 일부 분해 사시도.
도 2는 도 1의 'A'의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 박막형성방법에 의한 ALD 1공정 사이클 그래프.
도4는 본 발명에 따른 고온을 이용한 박막형성방법에 의한 ALD 1 공정 사이클 그래프.
도 2는 도 1의 'A'의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 박막형성방법에 의한 ALD 1공정 사이클 그래프.
도4는 본 발명에 따른 고온을 이용한 박막형성방법에 의한 ALD 1 공정 사이클 그래프.
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목 각각 뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
"및/또는"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및/또는 제3항목"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 또는 제3항목들 중 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결된다 또는 설치된다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 설치될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결된다 또는 설치된다"라고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "∼사이에"와 "바로 ∼사이에" 또는 "∼에 이웃하는"과 "∼에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, S100, S110, S120 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 결정하여 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고, 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며, 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 박막형성장치 및 박막형성방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형성장치의 일부 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 'A'의 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형성장치는 챔버(110)를 포함할 수 있으며, 챔버(110)의 내부에는 실리콘 웨이퍼 또는 글라스 등과 같은 기판(S)이 투입되어 처리되는 공간이 형성될 수 있다.
기판(S)의 처리란, 기판(S)의 전면(全面)에 박막을 형성하거나, 기판(S)에 금속 배선 등과 같은 패턴을 형성하거나, 상기 패턴을 덮는 형태로 기판(S)에 박막을 형성하거나, 형성된 박막의 외부의 표면의 막질의 변화 또는 형성된 박막 내부의 막질을 변화시키는 하는 것을 포함할 수 있다.
챔버(110)는 상면이 개방된 본체(111)와 본체(111)의 개방된 상단면(上端面)에 결합되는 리드(115)를 포함할 수 있다. 본체(111)와 리드(115)가 상호 결합되어 상대적으로 하측과 상측에 각각 위치되므로, 챔버(110)의 하면측은 본체(111)의 하면측에 해당하고, 챔버(110)의 상면은 리드(115)에 해당한다.
챔버(110)의 측면에는 기판(S)을 챔버(110)로 반입하거나, 챔버(110)의 기판(S)을 외부로 반출하기 위한 기판출입구(미도시)가 형성될 수 있다. 그리고, 챔버(110)의 하면에는, 기판(S)의 처리 후, 챔버(110)의 공간에 잔존하는 이물질을 포함한 가스를 외부로 배출하기 위한 배출구(111b)가 형성될 수 있다.
챔버(110)의 내부 하면측에는 기판(S)이 탑재 지지되는 기판지지부(120)가 설치될 수 있다. 기판지지부(120)의 하면 중심부에는 구동축(130)의 상단부가 연결될 수 있고, 구동축(130)의 하단부는 챔버(110)의 하면 외측으로 돌출될 수 있다. 챔버(110)의 하면 외측에 위치된 구동축(130)의 부위에는 구동축(130)을 회전 및 승강시키기 위한 구동부(미도시)가 연결될 수 있다. 그러므로, 기판지지부(120)는 구동축(130)에 의하여 회전 및 승강될 수 있다.
기판지지부(120)에는, 기판지지부(120)의 중심을 기준으로, 복수의 기판(S)이 방사상으로 탑재 지지될 수 있고, 기판지지부(120)에는 기판(S)을 가열하기 위한 히터 등과 같은 가열수단(미도시)이 설치될 수 있다.
기판지지부(120)는 서셉터(Susceptor) 등으로 마련될 수 있으며, 구동축(130)을 기준으로 자전하는 형태로 회전할 수 있다. 그러므로, 기판지지부(120)가 자전하면, 기판(S)은 구동축(130)을 기준으로 공전하는 형태로 회전할 수 있다.
기판(S)에 박막을 형성하기 위해서는, 공정가스가 챔버(110)로 공급되어야 한다. 공정가스는 소스가스와 반응가스를 포함할 수 있다.
챔버(110)의 상면에는 소스가스 및 반응가스를 각각 분사하는 소스가스 분사부(140) 및 반응가스 분사부(150)가 각각 설치될 수 있다. 소스가스 분사부(140)는 챔버(110)의 내부 제1영역(110a)의 공간에 소스가스를 분사하고, 반응가스 분사부(150)는 제2영역(110b)의 공간에 반응가스를 분사하여, 기판지지부(120)에 탑재 지지되어 기판지지부(120)와 함께 회전하는 기판(S)의 방향으로 소스가스 및 반응가스를 각각 균일하게 공급할 수 있다. 이때, 제1영역(110a)과 제2영역(110b)은 후술할 퍼지가스에 의하여 공간적으로 구획 분할될 수 있다.
챔버(110)의 상면에는 기판지지부(120)측으로 불활성가스인 퍼지가스를 분사하는 퍼지가스 분사부(170)가 설치될 수 있다. 퍼지가스 분사부(170)는 제1영역(110a)과 제2영역(110b) 및 제3영역(110c)의 사이로 퍼지가스를 분사하여, 제1영역(110a)과 제2영역(110b) 및 제3영역(110c)을 공간적으로 구획 분리할 수 있다. 그러면, 각각의 영역의 가스들이 상호 혼합되는 것이 방지된다.
기판(S)은 기판지지부(120)의 중심을 기준으로 공전하는 형태로 회전하므로, 기판(S)이 회전하여 소스가스 분사부(140) 및 반응가스 분사부(150) 그리고, 트리트먼트부(180)의 하측에 위치되면, 기판(S)과 소스가스 분사부(140)는 대향하는 것이 바람직하고, 기판(S)과 반응가스 분사부(150)는 대향하는 것이 바람직하다.
기판(S)의 전면(全面)으로 소스가스 및 반응가스가 각각 분사될 수 있도록, 기판지지부(120)의 반경방향을 향하는 소스가스 분사부(140) 및 반응가스 분사부(150) 및 트리트먼트부(180)의 길이는 각각 기판(S)의 직경 보다 길거나 짧을 수 있다.
제1영역(110a)의 소스가스 분사부(140)는 기판지지부(120)의 회전방향을 따라 소정 각도 이격되어 설치될 수 있다. 즉, 소스가스 분사부(140)는 기판지지부(120)의 중심을 기준으로, 제1영역(110a)에서 방사상으로 배치되는 것이 바람직하다.
소스가스 분사부(140)와 반응가스 분사부(150) 및 트리트먼트부(180)는 교호하면서 순환 반복하는 형태로 배치될 수 있다. 즉, 소스가스 분사부(140) → 퍼지가스 분사부(170) → 반응가스 분사부(150) → 퍼지가스 분사부(170) → 트리트먼트부(180) → 소스가스 분사부(140)의 순으로 순차적으로 반복 순환하는 형태로 배치 및 공정이 진행 될 수 있다.
그리하여, 소스가스 분사부(140)는 챔버(110)의 제1영역(110a)으로 소스가스를 분사하여 기판(S)에 소스가스가 흡착되게 할 수 있고, 퍼지가스 분사부(170)는 퍼지가스를 분사하여 기판(S)에 불안정하게 흡착된 소스가스를 제거할 수 있다. 그리고, 반응가스 분사부(150)는 챔버(110)의 제2영역(110b)으로 반응가스를 분사하여 기판(S)에 흡착된 소스가스와 반응하여 기판(S)에 박막이 증착이 되도록 할 수 있으며, 트리트먼트부(180)는 챔버(110)의 제3영역(110c)으로 트리트먼트 가스를 분사하여 기판(S)의 내부의 불순물을 제거할 수 있다.
기판지지부(120)에 기판(S)을 탑재 지지한 상태에서 기판지지부(120)를 회전시키면, 기판(S)이 순차적으로 제1영역(110a) → 제2영역(110b)에 위치되므로, 소스가스와 반응가스의 반응에 의하여 기판(S)에 박막이 형성된다.
박막을 형성할 때는 600도 ~ 900도의 고온의 온도(Thermal)에서 반응가스를 분사하여 기판(S)에 박막을 형성할 수도 있고, 200도 ~ 400도의 저온의 온도에서 플라즈마(Plasma)를 이용하여 박막을 형성할 수 있다.
소스가스와 반응가스 만의 반응을 이용하여 기판(S)에 박막을 형성하면, 상대적으로 기판(S)에 형성된 막의 막질이 저하될 수 있으므로, 트리트먼트부(180)에서 생성된 플라즈마를 이용하여 박막의 불순물을 제거 할 수 있다. 박막내의 카본(Carbon)계의 불순물을 제거하기 위해서는 산소(O2)가스를 제3영역(110c)에 분사하여 산소 플라즈마로 막 내의 불순물을 제거 할 수 있다. 또한, 박막내의 염소(Cl)계의 불순물을 제거하기 위해서는 수소(H2)가스를 제3영역(110c)에 분사하여 수소 플라즈마로 막 내의 불순물을 제거 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막형성장치는 박막의 막질을 더욱 향상시키기 위하여, 기판(S)에 소스가스를 흡착하고, 기판(S)에 흡착된 소스가스를 반응가스와 반응시킨 다음, 기판(S)에 증착된 박막을 트리트먼트 처리할 수 있다.
또한, 기판(s)에 트리트먼트부(180)에서 생성된 플라즈마를 이용하여 박막의 막질의 밀도(Density)를 높일 수 있다. 질소(N2)가스를 제3영역(110c)에 분사하여 질소 플라즈마로 박막의 밀도를 높여 막의 두께를 낮출 수 있다.
이를 위하여, 제2영역(110b)측 챔버(110)의 상면에는 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 발생부(160)가 설치될 수 있다.
더 구체적으로 설명하면, 기판지지부(120)에 기판(S)을 탑재 지지한 상태에서 제1영역(110a)에 위치된 기판(S)측으로 소스가스를 분사한다. 그러면, 기판(S)에 소스가스가 흡착된다. 그 후, 기판지지부(120)가 시계 방향으로 회전하면, 기판(S)은 퍼지가스가 분사되는 영역을 통과하므로, 기판(S)에 흡착되지 않은 소스가스는 퍼지가스에 의하여 제거될 수 있다.
이러한 상태에서, 기판지지부(120)가 시계 방향으로 더 회전하여 기판(S)이 제2영역(110b)의 반응가스 분사부(150)의 하측에 위치되면, 기판(S)측으로 반응가스가 분사된다. 그러면, 기판(S)에 흡착된 소스가스와 반응가스가 반응하므로, 기판(S)에 단일 원자층 박막을 형성할 수 있다.
반응가스 분사부(150)는 기판지지부(120)의 회전방향을 따라 소정 각도 이격된 제1반응가스 분사부(151)와 제2반응가스 분사부(155)로 나뉠 수가 있다. 제1반응가스 분사부(151)와 제2반응가스 분사부(155)에서는 동일한 반응가스가 분사 될 수 도 있고, 상이한 가스가 순차적으로 분사 또는 선택적으로 분사 될 수 있다. 또한, 제1반응가스 분사부(151) 및 제2반응가스 분사부(155)에서 분사되는 반응가스의 양은 기판(S)에 형성하고자 하는 박막의 특성에 따라 적절하게 조절할 수 있다.
반응 가스 분사시에 플라즈마를 이용한 증착으로 공정 단계를 설명을 하면, 소스가스 분사부(140) → 퍼지가스 분사부(170) → 반응가스 분사부(150) → 플라즈마 발생부(160) → 퍼지가스 분사부(170) → 트리트먼트부(180)의 순서로 공정을 진행 될 수 있다. 또한, 반응 가스 분사시에 고온을 이용한 증착으로 공정 단계를 설명을 하면, 소스가스 분사부(140) → 퍼지가스 분사부(170) → 반응가스 분사부(150) → 퍼지가스 분사부(170) → 트리트먼트부(180)의 순서로 공정을 진행 될 수 있다.
기판지지부(120)가 제2공간(110b)에서 시계 방향으로 더 회전하여 기판(S)이 제3공간(110c)의 트리트먼트부(180)의 하측에 위치되면, 기판(S)에 증착된 단일 원자층 박막은 제3공간(110c)에 분사된 트리트먼트 가스의 종류에 따라 플라즈마에 의하여 처리되어 분순물을 제거하는 단계가 된다. 전술한 수소, 산소, 질소 등이 불순물제거 가스 즉, 트리트먼트 가스로 분사 될 수 있다.
즉, 기판(S)에 박막 형성되는 단계 후에 그 다음 공정인 불순물 제거를 하는 공정을 실시하므로, 기판(S)에 박막 공정이 수십회 형성된 후의 상태에서 박막을 플라즈마로 불순물 제거 공정을 실시하는 것에 비하여, 한 사이클(cycle)박막의 막질이 향상될 수 있다.
그리고, 기판(S)에 증착된 단일 원자층 박막이 플라즈마에 의하여 불순물 제거하는 공정 단계를 하므로, 기판(S)에 증착된 단일 원자층 박막의의 불순물이 완전하게 제거되는 등, 기판(S)에 증착된 단일 원자층 박막의 막질이 더욱 향상될 수 있다.
챔버(110)의 외측에는 플라즈마 발생부(160)로 RF(Radio Frequency) 전원 등을 인가하기 위한 전원장치(181) 및 임피던스를 정합하기 위한 매처(185)가 설치될 수 있다. 전원장치(181)는 접지될 수 있으며, 플라즈마 발생부(160)를 매개로 접지될 수 있다.
상기 RF전원은 RF파워를 인가하는 반응공정에 RF파워를 이용하여 플라즈마, 마이크로파, 자외선 중의 하나를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막형성방법에 대하여 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형성방법은, 기판(S)을 챔버(110)에 반입하여 기판지지부(120)에 로딩할 수 있다. 즉, 복수의 기판(S)을 챔버(110)에 반입하여 기판지지부(120)에 탑재 지지할 수 있으며, 기판(S)은 기판지지부(120)가 시계 방향으로 회전함에 따라 제1영역(110a) → 제2영역(110b) → 제3영역(110c)을 순차적으로 반복하여 통과할 수 있다.
도 3에서는, 본 실시예에 대한 박막형성방법으로 플라즈마를 이용한 박막형성방법에 대해 간략하게 설명의 편의를 위하여 펄스 그래프로 도시한다.
기판(S)에 박막을 형성하기 위하여, 제1영역(110a)에서는 챔버(110)의 상측에 설치된 소스가스 분사부(140)에서 기판(S)측으로 소스가스를 분사할 수 있다. 그러면, 제1영역(110a)에 위치된 기판(S)에 소스가스가 흡착될 수 있다.
그 후, 기판지지부(120)가 시계 방향으로 더 회전하면, 기판(S)은 제1영역(110a)과 제2영역(110b) 사이의 퍼지가스가 분사되는 영역을 통과하며, 기판(S)에 불안정하게 흡착된 소스가스는 퍼지가스에 의하여 제거된다.
그 후, 기판지지부(120)가 시계 방향으로 더 회전하면, 기판(S)은 반응가스 분사부(150)가 위치된 제2영역(110b)을 순차적으로 통과하며, 이때 플라즈마 발생부(160)에서 생성된 플라즈마에 의해 기판(S)에 단일 원자층 박막이 증착될 수 있다. 그 후, 트리트먼트부(180)가 위치된 제3영역(110c)을 순차적으로 통과하면서, 단일 원자층 박막의 내부에 존재하는 불순물을 제거하여 막질이 향상될 수 있다.
상기 불순물은 탄소, 염소, 수소, 질소, 및 불소 중에서 선택된 적어도 하나의 원소이거나, 금속이거나, 유전체이거나, 또는 그들의 화합물일 수 있다.
또는, 이온화된 산소 이온 또는 이온화된 수소 이온을 이용하여 단일 원자층 박막을 산화 또는 질화할 수 있다. 산화 또는 질화하는 단계의 시간은 사이클 전체 시간의 1/6이하(6Rod) 또는 1/8(8Rod)이하 일 수 있다.
단일 원자층 박막을 형성하는 단계에서 불순물을 제거하는 단계를 단일 사이클(cycle)로 구성하여 상기 사이클을 반복할 수 도 있다. 불순물을 제거하는 단계의 시간은 상기 사이클의 전체 시간의 1/6이하(6Rod) 또는 1/8(8Rod)이하 일 수 있다. 6Rod는 리드(115)에 가스 분사 장치의 개수가 6개 일 수 있다. 또한 8Rod는 리드(115)에 가스 분사 장치의 개수가 8개 일 수 있다.
또한, 소스가스 분사 후에 퍼지가스가 분사되고 소스가스 후에 분사되는 퍼지가스는 제1퍼지가스라고 할 수 있다, 소스가스 분사 후에 반응가스와 퍼지가스가 분사되고, 반응가스 후에 퍼지가스는 제2퍼지가스라고 할 수 있다. 따라서, 소스가스 분사후에 제1퍼지가스와 반응가스와 제2퍼지가스를 제1서브사이클로하여 증착을 할 수 있다. 한편, 박막의 불순물을 제거하는 단계를 가질 수 있으므로, 상기 제1서브사이클 공정 이후 바로 불순물을 제거하는 공정을 하나의 사이클로 반복하는 공정 단계를 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형성장치의 개략 평면도로서, 도 3과의 차이점만을 설명한다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형성장치는 단일 원자층 박막을 증착할 때 고온의 온도에서 증착의 단계를 진행 할 수 있다.
상기 RF파워를 인가하는 반응공정은 RF파워를 이용하여 플라즈마, 마이크로파, 자외선 중의 하나를 사용할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 챔버
120: 기판지지부
140: 소스가스 분사부
150: 반응가스 분사부
160: 플라즈마 발생부
180: 트리트먼트부
170: 퍼지가스 분사부
120: 기판지지부
140: 소스가스 분사부
150: 반응가스 분사부
160: 플라즈마 발생부
180: 트리트먼트부
170: 퍼지가스 분사부
Claims (11)
- 기판 상에 박막을 형성하는 방법으로서,
상기 기판 상에 소스가스, 제1퍼지가스, 상기 소스가스와 반응하는 반응가스, 및 제2퍼지가스를 순차적으로 분사하여 단일 원자층 박막을 형성하는 단계;
상기 단일 원자층 박막을 형성하는 단계 이후 연속하여 상기 단일 원자층 박막의 불순물을 제거하도록 플라즈마 처리를 통해 단일 원자층 박막의 불순물을 제거하는 단계; 및
상기 단일 원자층 박막을 형성하는 단계와 상기 단일 원자층 박막의 불순물을 제거하는 단계가 연속하여 진행되는 단일 사이클을 반복 수행하여 상기 기판에 완전한 박막을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 기판은 챔버 내의 회전 가능하게 설치된 기판지지부에 지지되며,
상기 챔버는 상기 제1퍼지가스에 의해 상기 소스가스가 분사되는 제1영역과 상기 반응가스가 분사되는 제2영역이 구획 분할됨과 아울러 상기 제2퍼지가스에 의해 상기 제2영역과 플라즈마 처리를 위한 트리트먼트 가스가 분사되는 제3영역으로 구획 분할되고,
상기 기판지지부는 상기 기판이 상기 제1영역, 상기 기판에 흡착되지 않은 상기 소스가스를 제거하기 위해 상기 제1영역과 상기 제2영역 사이에 배치되어서 상기 제1퍼지가스가 분사되는 영역, 상기 제2영역, 상기 소스가스와 반응하지 않은 상기 반응가스를 제거하기 위해 상기 제2영역과 상기 제3영역 사이에 배치되어서 상기 제2퍼지가스가 분사되는 영역, 및 상기 제3영역을 순차적으로 이동하도록 회전하는 것을 특징으로 하는 박막형성방법. - 제1항에 있어서,
상기 단일 원자층 박막의 불순물을 제거하는 단계는
상기 소스가스에서 기인하거나 상기 소스가스와 상기 반응가스의 불완전 반응으로 상기 단일 원자층 박막 내에 잔류하게 되는 불순물을 제거하는 단계인 것을 특징으로 하는 박막형성방법. - 제2항에 있어서,
상기 불순물은 탄소, 염소, 수소, 질소, 및 불소 중에서 선택된 적어도 하나의 원소이거나, 금속이거나, 유전체이거나, 또는 그들의 화합물인 것을 특징으로 하는 박막형성방법. - 제1항에 있어서,
상기 단일 원자층 박막의 불순물을 제거하는 단계는
이온화된 산소 이온, 이온화된 수소 이온, 이온화된 질소 이온, 이온화된 아르곤(Ar) 이온, 이온화된 헬륨(He) 이온 중 적어도 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 박막형성방법. - 제1항에 있어서,
상기 단일 원자층 박막의 불순물을 제거하는 단계의 시간은 상기 사이클의 전체 시간의 1/6 이하인 것을 특징으로 하는 박막형성방법. - 제1항에 있어서,
상기 단일 원자층 박막의 불순물을 제거하는 단계의 시간은 상기 사이클의 전체 시간의 1/8 이하인 것을 특징으로 하는 박막형성방법. - 제1항에 있어서,
상기 단일 원자층 박막을 형성하는 단계는 상기 반응가스를 분사할 때 RF파워를 인가하는 것을 특징으로 하는 박막형성방법. - 제1항에 있어서,
상기 단일 원자층 박막의 불순물을 제거하는 단계는 챔버의 공간에 산소 또는 플라즈마를 발생시켜서 상기 단일 원자층 박막의 불순물을 제거하는 것을 특징으로 하는 박막형성방법. - 제8항에 있어서,
상기 단일 원자층 박막의 불순물을 제거하는 단계 후에 퍼지가스를 분사하는 퍼지공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형성방법. - 제9항에 있어서,
상기 단일 원자층 박막을 형성하는 단계는 상기 반응가스를 분사할 때 RF파워를 이용하여 플라즈마, 마이크로파, 자외선 중의 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 박막형성방법. - 기판 상에 박막을 형성하는 방법으로서,
단일 원자층 박막 형성과 단일 원자층 박막의 불순물 제거가 연속하여 수행되도록 상기 기판 상에 소스가스 분사, 제1퍼지가스 분사, 상기 소스가스와 반응하는 반응가스 분사, 제2퍼지가스 분사, 및 상기 단일 원자층 박막 상에 불순물을 제거하기 위한 플라즈마 처리를 순차적으로 연속하여 진행하는 단일 사이클에 따라 상기 기판 상에 불순물이 제거된 단일 원자층 박막을 형성하는 단계; 및
상기 불순물이 제거된 단일 원자층 박막을 형성하는 단계를 반복 수행하여 상기 기판 상에 완전한 박막을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 기판은 챔버 내의 회전 가능하게 설치된 기판지지부에 지지되며,
상기 챔버는 상기 제1퍼지가스에 의해 상기 소스가스가 분사되는 제1영역과 상기 반응가스가 분사되는 제2영역이 구획 분할됨과 아울러 상기 제2퍼지가스에 의해 상기 제2영역과 플라즈마 처리를 위한 트리트먼트 가스가 분사되는 제3영역으로 구획 분할되고,
상기 기판지지부는 상기 기판이 상기 제1영역, 상기 기판에 흡착되지 않은 상기 소스가스를 제거하기 위해 상기 제1영역과 상기 제2영역 사이에 배치되어서 상기 제1퍼지가스가 분사되는 영역, 상기 제2영역, 상기 소스가스와 반응하지 않은 상기 반응가스를 제거하기 위해 상기 제2영역과 상기 제3영역 사이에 배치되어서 상기 제2퍼지가스가 분사되는 영역, 및 상기 제3영역을 순차적으로 이동하도록 회전하는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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