KR20200012128A - Layer deposition method and layer deposition apparatus - Google Patents

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Abstract

According to a thin film deposition method, a substrate is loaded into a process chamber. The filling volume of at least one variable capacity filling tank is adjusted. The variable capacity filling tank is filled with gas. The filled gas is introduced into the process chamber.

Description

박막 증착 방법 및 박막 증착 장치{LAYER DEPOSITION METHOD AND LAYER DEPOSITION APPARATUS}Thin film deposition method and thin film deposition apparatus {LAYER DEPOSITION METHOD AND LAYER DEPOSITION APPARATUS}

본 발명은 박막 증착 방법 및 박막 증착 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게, 본 발명은 텅스텐 박막을 증착하기 위한 박막 증착 방법 및 이를 수행하기 위한 박막 증착 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film deposition method and a thin film deposition apparatus. More specifically, the present invention relates to a thin film deposition method for depositing a tungsten thin film and a thin film deposition apparatus for performing the same.

VNAND와 같은 메모리 장치의 게이트 전극을 형성하기 위해 예를 들면, 저항이 낮은 텅스텐을 포함하는 금속막이 사용될 수 있다. 상기 메모리 장치의 고집적화를 위하여 상기 게이트 전극들의 적층 수가 증가됨에 따라, 상기 텅스텐 박막을 형성하기 위한 증착 가스는 높은 종횡비를 갖는 개구부의 저면까지 도달하기 전에 열분해되어 상기 텅스텐 박막의 스텝 커버리지가 열화되는 문제점이 있다.For example, a metal film containing tungsten with low resistance may be used to form a gate electrode of a memory device such as VNAND. As the stacking number of the gate electrodes is increased for high integration of the memory device, the deposition gas for forming the tungsten thin film is pyrolyzed before reaching the bottom of the opening having a high aspect ratio, thereby degrading the step coverage of the tungsten thin film. There is this.

본 발명의 일 과제는 우수한 특성을 갖는 반도체 장치의 박막 증착 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a thin film deposition method of a semiconductor device having excellent characteristics.

본 발명의 다른 과제는 상술한 박막 증착 방법을 수행하기 위한 박막 증착 장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a thin film deposition apparatus for performing the thin film deposition method described above.

상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 박막 증착 방법에 있어서, 공정 챔버 내에 기판을 로딩한다. 적어도 하나의 가변 용량형 충전 탱크의 충전 체적을 조정한다. 가스를 상기 가변 용량형 충전 탱크에 충전시킨다. 상기 충전된 가스를 상기 공정 챔버 내에 도입한다.In the thin film deposition method according to the exemplary embodiments for achieving the above object of the present invention, the substrate is loaded in the process chamber. Adjust the fill volume of at least one variable displacement fill tank. Gas is charged to the variable dose filling tank. The filled gas is introduced into the process chamber.

상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 박막 증착방법에 있어서, 공정 챔버 내에 기판을 로딩한다. 상기 공정 챔버 내에 소스 가스를 도입한다. 적어도 하나의 가변 용량형 충전 탱크의 충전 체적을 조정한다. 반응 가스를 상기 가변 용량형 충전 탱크에 충전시킨다. 상기 충전된 반응 가스를 상기 공정 챔버 내에 도입한다.In the thin film deposition method according to the exemplary embodiments for achieving the object of the present invention, a substrate is loaded in the process chamber. Source gas is introduced into the process chamber. Adjust the fill volume of at least one variable displacement fill tank. The reaction gas is charged to the variable dose filling tank. The charged reactant gas is introduced into the process chamber.

예시적인 실시예들에 따르면, 가스 공급원으로부터 공급된 가스는 적어도 하나의 가변 용량형 충전 탱크 내에 충전되며 상기 충전된 가스는 공정 챔버 내부로 공급될 수 있다. 이 때, 상기 가변 용량형 충전 탱크 내의 충전 체적은 공정 조건에 따라 조정될 수 있다.According to exemplary embodiments, the gas supplied from the gas source may be filled in at least one variable displacement fill tank and the filled gas may be supplied into the process chamber. At this time, the filling volume in the variable displacement filling tank may be adjusted according to the process conditions.

따라서, 더 크게 조정된 충전 제적을 갖는 상기 가변 용량형 충전 탱크에 가스를 충전한 후 상기 공정 챔버 내부로 공급함으로써, 더 높은 압력을 갖는 가스를 상대적으로 더 긴 시간동안 공급할 수 있다. 이에 따라, 많은 양의 가스를 높은 종횡비를 갖는 개구부의 저면까지 충분하게 공급함으로써, 상기 반응 가스가 열분해되는 것을 방지하여 박막의 스텝 커버리지 특성 및 시간당 설비당 생산량(UPEH)를 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 가변 용량형 충전 탱크의 충전 체적을 가변시킴으로써, 설비의 구성을 개조하거나 변경하지 않고 다양한 공정 조건을 제공할 수 있다.Thus, by filling a gas into the process chamber after filling the variable displacement filling tank with a larger adjusted fill volume, it is possible to supply a gas having a higher pressure for a relatively longer time. Accordingly, by sufficiently supplying a large amount of gas to the bottom surface of the opening having a high aspect ratio, the reactive gas can be prevented from being thermally decomposed to improve the step coverage characteristics of the thin film and the production per hour UPEH. In addition, by varying the filling volume of the variable capacity fill tank, it is possible to provide various process conditions without modifying or changing the configuration of the facility.

다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and may be variously expanded within a range without departing from the spirit and scope of the present invention.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 박막 증착 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 반응 가스 공급기를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2의 반응 가스 공급기의 가변 용량형 충전 탱크를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3의 가변 용량형 충전 탱크 내의 반응 가스의 체적 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 반응 가스 공급기로부터 공급되는 반응가스의 압력 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6a 내지 도 6c는 예시적인 실시예들에 따른 가변 용량형 충전 탱크를 나타내는 단면도들이다.
도 7은 도 6b의 가변 용량형 충전 탱크를 나타내는 분해 사시도이다.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 박막 증착 장치를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8의 반응 가스 공급기를 나타내는 블록도이다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 박막 증착 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11a는 도 10의 박막 증착 방법의 소스 가스 공급 공정을 나타내는 순서도이고, 도 11b는 도 10의 박막증착 방법의 반응 가스 공급 공정을 나타내는 순서도이다.
도 12 내지 도 16은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다.
도 17 내지 도 23은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
1 is a diagram illustrating a thin film deposition apparatus according to example embodiments.
FIG. 2 is a block diagram illustrating the reactive gas supply of FIG. 1.
3 is a cross-sectional view showing a variable displacement filling tank of the reaction gas supply of FIG. 2.
4 is a graph showing the volume change of the reaction gas in the variable displacement filling tank of FIG.
5 is a graph showing a change in pressure of a reaction gas supplied from a reaction gas supply according to exemplary embodiments.
6A-6C are cross-sectional views illustrating a variable displacement fill tank according to exemplary embodiments.
7 is an exploded perspective view showing the variable displacement filling tank of FIG. 6B.
8 is a diagram illustrating a thin film deposition apparatus according to example embodiments.
FIG. 9 is a block diagram illustrating a reactive gas supplier of FIG. 8.
10 is a flow chart illustrating a thin film deposition method according to exemplary embodiments.
FIG. 11A is a flowchart illustrating a source gas supply process of the thin film deposition method of FIG. 10, and FIG. 11B is a flowchart illustrating a reaction gas supply process of the thin film deposition method of FIG. 10.
12 to 16 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with example embodiments.
17 to 23 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with example embodiments.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 박막 증착 장치를 나타내는 도면이다. 도 2는 도 1의 반응 가스 공급기를 나타내는 블록도이다. 도 3은 도 2의 반응가스 공급기의 가변 용량형 충전 탱크를 나타내는 단면도이다. 도 4는 도 3의 가변 용량형 충전 탱크 내의 반응 가스의 체적 변화를 나타내는 그래프이다. 도 5는 예시적인 실시예들에 따른 반응 가스 공급기로부터 공급되는 반응 가스의 압력 변화를 나타내는 그래프이다.1 is a diagram illustrating a thin film deposition apparatus according to example embodiments. FIG. 2 is a block diagram illustrating the reactive gas supply of FIG. 1. 3 is a cross-sectional view showing a variable displacement filling tank of the reaction gas supplier of FIG. 2. 4 is a graph showing the volume change of the reaction gas in the variable displacement filling tank of FIG. FIG. 5 is a graph showing a change in pressure of a reactant gas supplied from a reactant gas supplier according to example embodiments. FIG.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 박막 증착 장치는 공정 챔버(10), 소스 가스 공급기(100), 및 반응 가스 공급기(110)를 포함할 수 있다.1 to 5, the thin film deposition apparatus may include a process chamber 10, a source gas supplier 100, and a reactive gas supplier 110.

예시적인 실시예들에 있어서, 공정 챔버(10)는 기판(W)을 수용하며 증착 공정을 수행하기 위한 공간을 제공할 수 있다. 공정 챔버(10)는 원자층 증착(ALD) 공정을 위한 챔버일 수 있다.In example embodiments, the process chamber 10 may accommodate a substrate W and provide space for performing a deposition process. The process chamber 10 may be a chamber for an atomic layer deposition (ALD) process.

기판(W)은 텅스텐 함유 박막이 형성되는 대상체일 수 있다. 기판(W)은 예를 들면, 실리콘 웨이퍼 또는 게르마늄 웨이퍼와 같은 반도체 웨이퍼로부터 제조될 수 있다. 한편, 기판(W) 상에는 각종 구조물들(도시되지 않음)이 더 형성될 수 있다.The substrate W may be an object on which a tungsten-containing thin film is formed. The substrate W may be manufactured from a semiconductor wafer such as, for example, a silicon wafer or a germanium wafer. Meanwhile, various structures (not shown) may be further formed on the substrate W. FIG.

예를 들어, 기판(W) 상에 금속, 금속 질화물, 금속 실리사이드, 금속 산화물 등을 포함하는 도전막(도시되지 않음)이나 전극(도시되지 않음), 혹은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함하는 절연막(도시되지 않음) 등이 더 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 내부에 홀 또는 개구부를 포함하는 상기 절연막이 기판(W) 상에 형성될 수 있으며, 상기 텅스텐 함유 박막은 후술하는 공정들을 통해 상기 홀 또는 개구부 내에 증착될 수 있다.For example, a conductive film (not shown) or an electrode (not shown) containing metal, metal nitride, metal silicide, metal oxide, or the like on the substrate W, or an insulating film containing silicon oxide or silicon nitride ( And the like may be further formed. In some embodiments, the insulating layer including a hole or an opening therein may be formed on the substrate W, and the tungsten-containing thin film may be deposited in the hole or the opening through the processes described below.

공정 챔버(10)는 챔버(20) 내부에 배치되며 기판(W)이 로딩되는 서셉터(susceptor)로서의 기판 지지부(30)를 포함할 수 있다. 기판 지지부(30) 상에는 하나 또는 복수 개의 기판들(W)이 배치될 수 있다. 기판 지지부(30)는 승하강 가능하도록 설치될 수 있다. 또한, 기판 지지부(30)는 회전 가능하도록 설치될 수 있다.The process chamber 10 may include a substrate support 30 as a susceptor disposed inside the chamber 20 and to which the substrate W is loaded. One or a plurality of substrates W may be disposed on the substrate support part 30. The substrate support part 30 may be installed to be elevated. In addition, the substrate support part 30 may be installed to be rotatable.

기판 지지부(30)는 내부에 히터(32)를 포함할 수 있다. 히터(32)는 히터 전원(도시되지 않음)에 접속되고 기판(W)을 소정의 온도로 가열할 수 있다. The substrate support part 30 may include a heater 32 therein. The heater 32 is connected to a heater power source (not shown) and can heat the substrate W to a predetermined temperature.

챔버(20)의 일측벽에는 기판(W)의 반출입을 위한 출입구(22)가 형성되고, 출입구(22)를 개폐하는 게이트 밸브(24)가 설치될 수 있다. 또한, 챔버(20)의 측벽 상에는 히터(도시되지 않음)가 설치되어, 박막 증착 시에 챔버(20)의 온도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 챔버(20) 내부의 온도는 약 200 ℃ 내지 약 600 ℃ 범위로 유지될 수 있다.One side wall of the chamber 20 may be provided with an entrance and exit 22 for carrying in and out of the substrate W, and a gate valve 24 for opening and closing the entrance and exit 22 may be installed. In addition, a heater (not shown) may be installed on the sidewall of the chamber 20 to control the temperature of the chamber 20 during thin film deposition. For example, the temperature inside chamber 20 may be maintained in the range of about 200 ° C to about 600 ° C.

챔버(20)의 저벽에는 배기구(26)가 형성될 수 있다. 배기구(26)는 배기관을 통해 진공 펌프나 압력 제어 밸브 등을 갖는 배기 장치(50)가 접속될 수 있다. 배기 장치(50)는 챔버(20) 내부의 온도를 소정의 감압 상태로 유지할 수 있다.An exhaust port 26 may be formed in the bottom wall of the chamber 20. The exhaust port 26 may be connected to an exhaust device 50 having a vacuum pump, a pressure control valve, or the like through an exhaust pipe. The exhaust device 50 may maintain the temperature inside the chamber 20 at a predetermined reduced pressure.

챔버(20)의 상부벽에는 샤워 헤드(40)가 구비될 수 있다. 샤워 헤드(40)는 챔버(20)의 개방된 상단에 설치될 수 있다. 샤워 헤드(40)는 상부 공간(44) 및 하부 공간(45)을 포함할 수 있다. 상부 공간(44)은 제1 도입로(42)와 연결되고, 상부 공간(44)으로부터 제1 가스 토출로들(46)이 샤워 헤드(40)의 저면까지 연장 형성될 수 있다. 하부 공간(45)은 제2 도입로(43)와 연결되고, 하부 공간(45)으로부터 제2 가스 토출로들(47)이 샤워 헤드(40)의 저면까지 연장 형성될 수 있다.A shower head 40 may be provided on the upper wall of the chamber 20. The shower head 40 may be installed at an open upper end of the chamber 20. The shower head 40 may include an upper space 44 and a lower space 45. The upper space 44 may be connected to the first introduction path 42, and the first gas discharge paths 46 may extend from the upper space 44 to the bottom surface of the shower head 40. The lower space 45 may be connected to the second introduction path 43, and the second gas discharge paths 47 may extend from the lower space 45 to the bottom surface of the shower head 40.

샤워 헤드(40)는 박막 원료 가스로서의 소스 가스 및 반응 가스를 제1 가스 토출로들(46) 및 제2 가스 토출로들(47)을 통해 챔버(20) 내부로 공급할 수 있다.The shower head 40 may supply a source gas and a reactive gas as the thin film source gas into the chamber 20 through the first gas discharge paths 46 and the second gas discharge paths 47.

예시적인 실시예들에 있어서, 소스 가스 공급기(100)는 소스 가스 공급원(102)으로부터 공급된 소스 가스를 원하는 충전 체적만큼 충전시킨 후 공정 챔버(10)에 공급하기 위한 가변 용량형 충전 탱크(120)를 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the source gas supplier 100 may fill a source gas supplied from the source gas source 102 by a desired fill volume and then supply the variable capacity fill tank 120 to supply the process chamber 10. ) May be included.

소스 가스 공급원(102)은 버블러(bubbler)를 포함하여 금속 전구체를 기화시켜 상기 소스 가스를 공정 챔버(10)로 공급할 수 있다. 상기 소스 가스의 예로서는, WF6, WCl6, WBr6, W(Co)6, W(C2H2)6, W(PF3)6, (C2H5)WH2 등을 들 수 있다.The source gas source 102 may include a bubbler to vaporize the metal precursor to supply the source gas to the process chamber 10. Examples of the source gas include WF6, WCl6, WBr6, W (Co) 6, W (C2H2) 6, W (PF3) 6, (C2H5) WH2 and the like.

상기 소스 가스 공급기는 후술하는 반응 가스 공급기와 실질적으로 동일하거나 유사한 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 후술하는 반응 가스 공급기와 유사하게 가변 용량형 충전 탱크와 같은 구성을 가질 수 있다. 이하에서는, 상기 반응 가스 공급기에 대하여 설명하기로 한다.The source gas supplier may have a structure substantially the same as or similar to that of the reactive gas supplier described below. For example, it may have a configuration such as a variable capacity fill tank similar to the reactive gas supply described below. Hereinafter, the reactive gas supplier will be described.

예시적인 실시예들에 있어서, 반응 가스 공급기(110)는 반응 가스 공급원(112)으로부터 공급된 반응 가스를 원하는 충전 체적만큼 충전시킨 후 공정 챔버(10)에 공급하기 위한 가변 용량형 충전 탱크(120)를 포함할 수 있다. 반응 가스 공급기(110)는 가변 용량형 충전 탱크 구성을 가질 수 있다.In exemplary embodiments, the reaction gas supplier 110 may fill the reaction gas supplied from the reaction gas source 112 by a desired fill volume and then supply the variable capacity fill tank 120 to supply the process chamber 10. ) May be included. The reactant gas supply 110 may have a variable displacement fill tank configuration.

반응 가스 공급원(112)은 버블러(bubbler)를 포함하여 상기 반응 가스를 공정 챔버(10)로 공급할 수 있다. 상기 반응 가스의 예로서는 B2H6, Si2H6, SiH4, H2 등을 들 수 있다.The reaction gas source 112 may include a bubbler to supply the reaction gas to the process chamber 10. Examples of the reaction gas include B2H6, Si2H6, SiH4, H2 and the like.

도 2에 도시된 바와 같이, 반응 가스 공급기(110)는 반응 가스 공급원(112)과 연결된 충전 라인(111), 충전 라인(111)에 연결되는 가변 용량형 충전 탱크(120), 및 가변용량형 충전 탱크(120)와 공정챔버(10)를 연결하는 반응 가스 공급 라인(117)을 포함할 수 있다. 반응 가스 공급 라인(117)은 샤워 헤드(40)의 제2 도입로(43)에 연결될 수 있다.As shown in FIG. 2, the reaction gas supplier 110 includes a charging line 111 connected to the reaction gas source 112, a variable capacity filling tank 120 connected to the filling line 111, and a variable capacity type. It may include a reaction gas supply line 117 connecting the filling tank 120 and the process chamber 10. The reactive gas supply line 117 may be connected to the second introduction path 43 of the shower head 40.

반응 가스 공급기(110)는 충전 라인(111)에 설치되어 가변 용량형 충전 탱크(130)로 공급되는 상기 반응 가스의 흐름을 제어하기 위한 공급 제어 밸브(116), 및 반응 가스 공급 라인(117)에 설치되어 공정 챔버(10)로 공급되는 상기 반응 가스의 흐름을 제어하기 위한 제2 도입 제어 밸브(118)를 더 포함할 수 있다.The reaction gas supplier 110 is installed in the filling line 111 to supply a control valve 116 for controlling the flow of the reaction gas supplied to the variable displacement filling tank 130, and the reaction gas supply line 117. It may further include a second introduction control valve 118 for controlling the flow of the reaction gas supplied to the process chamber 10 is installed in.

도면에 도시되지는 않았지만, 반응 가스 공급기(110)는 가변 용량형 충전 탱크(130)의 전방에 설치되어 가변 용량형 충전 탱크(130)로의 상기 반응 가스의 흐름을 제어하기 위한 충전 밸브 및 가변 용량형 충전 탱크(130)의 후방에 설치되어 가변 용량형 충전 탱크(130)로부터 상기 반응 가스의 배출을 제어하기 방출 밸브를 더 포함할 수 있다.Although not shown in the drawings, the reaction gas supplier 110 is installed in front of the variable displacement filling tank 130 to control the flow of the reaction gas to the variable displacement filling tank 130 and a variable displacement valve. It may further include a discharge valve installed at the rear of the type filling tank 130 to control the discharge of the reaction gas from the variable capacity type filling tank 130.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 박막 증착 장치는 반응 가스 공급기(110)의 상기 반응 가스의 충전 및 배출을 제어하기 위한 제어기(140)를 더 포함할 수 있다. 제어기(140)는 공급제어 밸브(116) 및 제2 도입 제어 밸브(118)의 개폐를 제어할 수 있다.In example embodiments, the thin film deposition apparatus may further include a controller 140 for controlling the charging and discharging of the reaction gas of the reaction gas supplier 110. The controller 140 may control the opening and closing of the supply control valve 116 and the second introduction control valve 118.

제2 유량 제어기(114)는 가스 공급 라인, 즉, 충전 라인(111)에 설치되어 충전 라인(111)을 통하여 챔버(20) 내부로유입되는 상기 반응 가스의 공급 유량을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제2 유량 제어기(114)는 질량 유량 제어기(MFC, mass flow controller)를 포함할 수 있다. 제2 유량 제어기(114)는 반응 가스 공급원(112) 및 가변 용량형 충전 탱크(120) 사이에 설치되어 상기 반응 가스의 흐름을 제어할 수 있다.The second flow controller 114 may be installed in a gas supply line, that is, the filling line 111 to control a supply flow rate of the reaction gas introduced into the chamber 20 through the filling line 111. For example, the second flow controller 114 may include a mass flow controller (MFC). The second flow controller 114 may be installed between the reaction gas source 112 and the variable displacement filling tank 120 to control the flow of the reaction gas.

도 3에 도시된 바와 같이, 가변 용량형 충전 탱크(120)는 반응 가스 공급원(112)으로부터 공급된 상기 반응 가스가 충전되는 용량을 가변시키도록 동작할 수 있다. 가변 용량형 충전 탱크(120)는 상기 반응 가스가 공급되는 충전 챔버(122), 충전 챔버(122) 내에서 이동 가능하도록 설치되어 상기 반응 가스의 충전 용량을 가변시키는 가변 플레이트(124) 및 가변 플레이트(124)를 구동시키는 가변 플레이트 구동부(126)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 3, the variable displacement fill tank 120 may be operable to vary the capacity in which the reactant gas supplied from the reactant gas source 112 is charged. The variable displacement filling tank 120 is installed to be movable in the filling chamber 122 and the filling chamber 122 to which the reaction gas is supplied, and the variable plate 124 and the variable plate varying the filling capacity of the reaction gas. It may include a variable plate driver 126 for driving 124.

충전 챔버(122)는 베이스(121) 상에 구비되는 튜브형 구조체일 수 있다. 충전 챔버(122)는 베이스(121)에 연결되는 근위 단부(proximal end) 및 원위 단부 사이에서 연장할 수 있다.The filling chamber 122 may be a tubular structure provided on the base 121. Fill chamber 122 may extend between a proximal end and a distal end that are connected to base 121.

가변 플레이트(124)는 충전 챔버(122) 내에 설치되어 제1 및 제2 챔버 공간들을 정의할 수 있다. 가변 플레이트(124)의 외측부가 충전 챔버(122)의 내측면과 밀폐된 상태에서 가변 플레이트(124)는 충전 챔버(122) 내에서 이동 가능하도록 설치될 수 있다. 베이스(121)와 가변 플레이트(124) 사이의 충전 챔버(122) 내부의 공간이 상기 반응 가스가 충전되는 체적일 수 있다. 예를 들면, 가변 플레이트(124)의 외측부와 충전 챔버(122)의 내측면 사이에는 O-링이나 개스킷과 같은 밀폐 부재가 구비되어 가변 플레이트(124)에 구분된 양측의 상기 제1 및 제2 챔버 공간들을 서로 밀봉시킬 수 있다.The variable plate 124 may be installed in the filling chamber 122 to define the first and second chamber spaces. The variable plate 124 may be installed to be movable in the filling chamber 122 in a state where the outer side of the variable plate 124 is closed with the inner surface of the filling chamber 122. The space inside the filling chamber 122 between the base 121 and the variable plate 124 may be a volume filled with the reaction gas. For example, between the outer side of the variable plate 124 and the inner side of the filling chamber 122, a sealing member such as an O-ring or a gasket is provided to separate the first and second sides of the variable plate 124. The chamber spaces can be sealed to each other.

가변 플레이트(124)가 최하단에 위치할 때, 충전 챔버(122) 내에서 최소의 충전 체적(V0)을 정의할 수 있다. 가변 플레이트(124)가 최상단에 위치할 때, 충전 챔버(122) 내에서 최대의 충전 체적(3V0)을 정의할 수 있다.When the variable plate 124 is located at the bottom, the minimum filling volume V0 may be defined in the filling chamber 122. When the variable plate 124 is located at the top, it is possible to define the maximum filling volume 3V0 in the filling chamber 122.

가변 플레이트(124)는 충전 챔버(122) 내에서 승하강 가능하도록 설치될 수 있다. 가변 플레이트 구동부(124)는 가변 플레이트(124)에 연결된 로드(125)를 상하 방향으로 구동시킬 수 있다. 가변 플레이트 구동부(124)는 제어기(140)에 연결되어 가변 플레이트(124)를 원하는 위치로 이동시키도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 가변 용량형 충전 탱크(120)의 충전 체적은 가변되고 원하는 체적을 갖도록 조정될 수 있다.The variable plate 124 may be installed to move up and down in the filling chamber 122. The variable plate driver 124 may drive the rod 125 connected to the variable plate 124 in the vertical direction. The variable plate driver 124 may be connected to the controller 140 to control the variable plate 124 to move to a desired position. Accordingly, the filling volume of the variable displacement fill tank 120 can be varied and adjusted to have the desired volume.

도 4에 도시된 바와 같이, 먼저, 가변 용량형 충전 탱크(120)의 체적 조정 단계에서, 원하는 위치로 가변 플레이트(124)를 이동시켜 가변 용량형 충전 탱크(120)가 원하는 충전 체적을 갖도록 조정할 수 있다.As shown in FIG. 4, first, in the volume adjusting step of the variable displacement filling tank 120, the variable displacement filling tank 120 is adjusted to have a desired filling volume by moving the variable plate 124 to a desired position. Can be.

이어서, 가변 용량형 충전 탱크(120)의 충전 단계에서, 공급 제어 밸브(116)가 개방되고, 제2 도입 제어 밸브(118)가 폐쇄될 수 있다. 이에 따라, 충전 챔버(122)는 반응 가스 공급원(112)으로부터의 상기 반응 가스에 의해 충전되어 기 설정된 충전 압력(P0)을 가질 수 있다. 충전 챔버(122) 내의 충전 압력(P0)은 반응 가스 공급원(112)으로부터의 상기 반응 가스의 흐름에 노출된 시간 동안 상기 흐름과 평형화되는 압력일 수 있다. 이 경우에 있어서, 제2 유량 제어기(114)를 통해 충전 챔버(122) 내부로 유입되는 상기 반응 가스의 공급 유량을 증가시켜 충전 챔버(122) 내의 충전 압력을 증가시키도록 제어할 수 있다.Subsequently, in the filling step of the variable displacement fill tank 120, the supply control valve 116 can be opened and the second introduction control valve 118 can be closed. Accordingly, the filling chamber 122 may be charged by the reaction gas from the reaction gas source 112 to have a preset filling pressure P0. The filling pressure P0 in the filling chamber 122 may be a pressure equilibrating with the flow for a time exposed to the flow of the reaction gas from the reaction gas source 112. In this case, the supply flow rate of the reaction gas introduced into the filling chamber 122 through the second flow controller 114 may be increased to increase the filling pressure in the filling chamber 122.

가변 용량형 충전 탱크(120)의 방출 단계에서, 공급 제어밸브(116)가 폐쇄되고, 제2 도입 제어 밸브(118)가 개방될 수 있다. 이에 따라, 충전 챔버(122)로부터 상기 반응 가스는 반응 가스 공급 라인(117)으로 유출되어 충전 챔버(122)의 압력은 감소될 수 있다.In the discharge phase of the variable displacement fill tank 120, the supply control valve 116 can be closed and the second introduction control valve 118 can be opened. Accordingly, the reaction gas from the filling chamber 122 flows out to the reaction gas supply line 117 so that the pressure in the filling chamber 122 may be reduced.

도 5에 도시된 바와 같이, 그래프 G1은 확장된 충전 체적(3V0)을 갖는 가변 용량형 충전 탱크(120)로부터 반응 가스를 공급한 경우에서의 반응 가스 공급 라인(117)을 통해 공급되는 반응 가스의 압력 변화를 나타내고, 그래프 G2는 최소의 충전 체적(V0)을 갖는 가변 용량형 충전 탱크(120)로부터 반응 가스를 공급한 경우에서의 압력 변화를 나타낸다. A 구간에서의 반응 가스는 높은 종횡비를 갖는 개구부의 저면까지 공급되기에 충분한 압력을 가질 수 있는 반면, B 구간에서의 반응 가스는 상기 개구부의 저면까지 공급되기에 충분하지 않는 압력을 가지게 된다.As shown in FIG. 5, the graph G1 represents the reaction gas supplied through the reaction gas supply line 117 when the reaction gas is supplied from the variable displacement filling tank 120 having the expanded filling volume 3V0. The change in pressure is shown, and the graph G2 shows the change in pressure when the reaction gas is supplied from the variable displacement filling tank 120 having the smallest filling volume V0. The reaction gas in section A may have a pressure sufficient to be supplied to the bottom of the opening having a high aspect ratio, while the reaction gas in section B may have a pressure not sufficient to be supplied to the bottom of the opening.

따라서, 상대적으로 작은 충전 체적(V0)보다 더 큰 확장된 충전 체적(3V0)을 갖는 가변 용량형 충전 탱크(120)로부터 반응 가스를 공급할 때, 더 높은 압력을 갖는 상기 반응 가스를 상대적으로 더 긴 시간동안 공급할 수 있다. 이에 따라, 상기 반응 가스를 높은 종횡비를 갖는 개구부의 저면까지 충분하게 공급할 수 있다.Therefore, when supplying the reaction gas from the variable displacement filling tank 120 having an expanded filling volume 3V0 that is larger than the relatively small filling volume V0, the reaction gas having a higher pressure is relatively longer. Can supply for time. Thereby, the said reaction gas can be supplied fully to the bottom face of the opening part which has a high aspect ratio.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 박막 증착 장치는 공정 챔버(10) 내에 퍼지 가스를 공급하기 위한 퍼지 가스 공급기를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 퍼지 가스를 질소(N2) 가스, 아르곤(Ar) 가스 등을 포함할 수 있다. 상기 퍼지 가스 공급기는 상기 반응 가스 공급기와 실질적으로 동일하거나 유사한 구조를 가질 수 있다. 따라서, 상기 퍼지 가스 공급기에 대한 설명을 생략하기로 한다.In example embodiments, the thin film deposition apparatus may further include a purge gas supplier for supplying a purge gas into the process chamber 10. For example, the purge gas may include nitrogen (N 2) gas, argon (Ar) gas, or the like. The purge gas supply may have a structure substantially the same as or similar to the reaction gas supply. Therefore, description of the purge gas supplier will be omitted.

또한, 상기 박막 증착 장치는 상기 반응 가스와 함께 캐리어 가스를 공급하기 위한 캐리어 가스 공급기를 더 포함할 수 있다.The thin film deposition apparatus may further include a carrier gas supplier for supplying a carrier gas together with the reaction gas.

상술한 바와 같이, 상기 박막 증착 장치는 반응 가스 공급원(112)으로부터 공급된 상기 반응 가스를 원하는 충전 체적으로 충전시키는 가변 용량형 충전 탱크(120)를 포함하고, 가변 용량형 충전 탱크(120)로부터 방출된 상기 반응 가스를 장시간 높은 압력으로 공정 챔버(10)에 공급할 수 있다.As described above, the thin film deposition apparatus includes a variable capacity filling tank 120 for filling the reaction gas supplied from the reaction gas source 112 into a desired filling volume, and from the variable capacity filling tank 120. The released reactant gas may be supplied to the process chamber 10 at a high pressure for a long time.

따라서, 충전 챔버(122)의 충전 용량을 원하는 체적으로 조정함으로써, 공정 챔버(10)로부터 공급되는 상기 반응 가스를 높은 종횡비를 갖는 개구부의 저면까지 충분하게 공급할 수 있다. 또한, 가변 용량형 충전 탱크(120)의 충전 체적을 가변시킴으로써, 설비의 구성을 개조하거나 변경하지 않고다양한 공정 조건을 제공할 수 있다.Accordingly, by adjusting the filling capacity of the filling chamber 122 to a desired volume, the reaction gas supplied from the process chamber 10 can be sufficiently supplied to the bottom surface of the opening having a high aspect ratio. In addition, by varying the filling volume of the variable capacity filling tank 120, it is possible to provide a variety of process conditions without modifying or changing the configuration of the equipment.

도 6a 내지 도 6c는 예시적인 실시예들에 따른 가변 용량형 충전 탱크를 나타내는 단면도들이다. 도 7은 도 6b의 가변 용량형 충전 탱크를 나타내는 분해 사시도이다.6A-6C are cross-sectional views illustrating a variable displacement fill tank according to exemplary embodiments. 7 is an exploded perspective view showing the variable displacement filling tank of FIG. 6B.

도 6a 내지 도 7을 참조하면, 가변 용량형 충전 탱크(130)는 서로 탈착 가능하도록 결합되어 내부의 충전 체적을 조정할 수 있는 복수 개의 단위 챔버들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 가변 용량형 충전 탱크(130)는 서로 탈착 가능하도록 결합되어 제1 충전 체적을 정의하는 하부 챔버(132) 및 상부 챔버(136)를 포함하고, 하부 챔버(132)와 상부 챔버(136) 사이에 탈착 가능하도록 결합되어 상기 제1 충전 체적보다 큰 충전 체적을 정의하는 적어도 하나의 중간 챔버(134)를 더 포함할 수 있다.6A to 7, the variable displacement filling tank 130 may include a plurality of unit chambers which are coupled to be detachable from each other to adjust the filling volume therein. In detail, the variable displacement filling tank 130 includes a lower chamber 132 and an upper chamber 136 that are detachably coupled to each other to define a first filling volume, and the lower chamber 132 and the upper chamber 136 ) May further include at least one intermediate chamber 134 that is detachably coupled between the plurality of and defines a filling volume larger than the first filling volume.

도 6a에 도시된 바와 같이, 가변 용량형 충전 탱크(130)는 하부 챔버(132) 및 상부 챔버(136)로 구성될 수 있다. 하부 챔버(132)는 베이스(121) 상에 구비되는 튜브형 구조체일 수 있다. 상부 챔버(136)는 하부 챔버(132) 상에 결합되어 제1 충전 챔버를 정의할 수 있다. 상기 제1 충전 챔버는 최소 충전 체적(V0)을 가질 수 있다.As shown in FIG. 6A, the variable displacement fill tank 130 may be comprised of a lower chamber 132 and an upper chamber 136. The lower chamber 132 may be a tubular structure provided on the base 121. The upper chamber 136 may be coupled on the lower chamber 132 to define the first filling chamber. The first filling chamber may have a minimum filling volume (V0).

하부 챔버(132)와 상부 챔버(136)는 고정 볼트 등의 체결 부재들이 서로 대응하는 제1 체결공(133a)과 제2 체결공(137a)에 체결됨으로써 상호 결합될 수 있다. 제1 체결공(133a)은 하부 챔버(132)의 개방된 단부에 수평 방향으로 돌출 형성된 제1 플랜지부(133)에 형성될 수 있고, 제2 체결공(137a)은 상부 챔버(136)의 개방된 단부에 수평 방향으로 돌출 형성된 제2 플랜지부(137)에 형성될 수 있다. 하부 챔버(132)와 상부 챔버(136) 사이에 유체 밀봉을 위한 개스킷(138)이 개재될 수 있다. 개스킷(138)에는 제1 및 제2 체결공들(133a, 137a)에 대응하는 개스킷 체결공들(138a)이 형성될 수 있다. The lower chamber 132 and the upper chamber 136 may be coupled to each other by coupling fastening members such as fixing bolts to the first fastening holes 133a and the second fastening holes 137a corresponding to each other. The first fastening hole 133a may be formed in the first flange portion 133 protruding in the horizontal direction at the open end of the lower chamber 132, and the second fastening hole 137a may be formed in the upper chamber 136. It may be formed in the second flange portion 137 protruding in the horizontal direction at the open end. A gasket 138 for fluid sealing may be interposed between the lower chamber 132 and the upper chamber 136. Gasket fastening holes 138a corresponding to the first and second fastening holes 133a and 137a may be formed in the gasket 138.

도 6b에 도시된 바와 같이, 가변 용량형 충전 탱크(130)는 하부 챔버(132), 중간 챔버(134) 및 상부 챔버(136)로 구성될 수 있다. 중간 챔버(134) 및 상부 챔버(136)는 하부 챔버(132) 상에 결합되어 제2 충전 챔버를 정의할 수 있다. 상기 제2 충전 챔버는 최소 충전 체적(V0)보다 큰 제2 충전 체적(V1)을 가질 수 있다.As shown in FIG. 6B, the variable displacement fill tank 130 may be composed of a lower chamber 132, an intermediate chamber 134, and an upper chamber 136. The intermediate chamber 134 and the upper chamber 136 may be combined on the lower chamber 132 to define a second filling chamber. The second filling chamber may have a second filling volume V1 that is greater than the minimum filling volume V0.

하부 챔버(132)와 중간 챔버(134)는 고정 볼트 등의 체결 부재들이 서로 대응하는 제1 체결공(133a)과 제3 체결공(135a)에 체결됨으로써 상호 결합될 수 있다. 제1 체결공(133a)은 하부 챔버(132)의 개방된 단부에 수평 방향으로 돌출 형성된 제1 플랜지부(133)에 형성될 수 있고, 제3 체결공(135a)은 중간 챔버(136)의 개방된 하단부에 수평 방향으로 돌출 형성된 제3 플랜지부(135)에 형성될 수 있다. 하부 챔버(132)와 중간 챔버(134) 사이에 유체 밀봉을 위한 개스킷(138)이 개재될 수 있다.The lower chamber 132 and the intermediate chamber 134 may be coupled to each other by fastening members, such as fixing bolts, to the first fastening hole 133a and the third fastening hole 135a corresponding to each other. The first fastening hole 133a may be formed in the first flange portion 133 protruding in the horizontal direction at the open end of the lower chamber 132, and the third fastening hole 135a may be formed in the intermediate chamber 136. The lower flange may be formed in the third flange portion 135 protruding in the horizontal direction. A gasket 138 for fluid sealing may be interposed between the lower chamber 132 and the intermediate chamber 134.

중간 챔버(134)와 상부 챔버(136)는 고정 볼트 등의 체결 부재들이 서로 대응하는 제3 체결공(135a)과 제2 체결공(137a)에 체결됨으로써 상호 결합될 수 있다. 제3 체결공(135a)은 중간 챔버(136)의 개방된 상단부에 수평방향으로 돌출 형성된 제3 플랜지부(135)에 형성될 수 있고, 제2 체결공(137a)은 상부 챔버(136)의 개방된 단부에 수평 방향으로 돌출 형성된 제2 플랜지부(133)에 형성될 수 있다. 중간 챔버(134)와 상부 챔버(136) 사이에 유체 밀봉을 위한 개스킷(138)이 개재될 수 있다.The intermediate chamber 134 and the upper chamber 136 may be coupled to each other by fastening members, such as fixing bolts, to the third fastening hole 135a and the second fastening hole 137a corresponding to each other. The third fastening hole 135a may be formed in the third flange portion 135 protruding in the horizontal direction on the open upper end of the intermediate chamber 136, and the second fastening hole 137a may be formed in the upper chamber 136. It may be formed in the second flange portion 133 protruding in the horizontal direction at the open end. A gasket 138 for fluid sealing may be interposed between the intermediate chamber 134 and the upper chamber 136.

도 6c에 도시된 바와 같이, 가변 용량형 충전 탱크(130)는 하부 챔버(132), 제1 및 제2 중간 챔버들(134a, 134b) 및 상부 챔버(136)로 구성될 수 있다. 제1 및 제2 중간 챔버들(134a, 134b) 및 상부 챔버(136)는 하부 챔버(132) 상에 결합되어 제3 충전 챔버를 정의할 수 있다. 상기 제3 충전 챔버는 최소 충전 체적(V0)보다 큰 제3 충전 체적(V2)을 가질 수 있다.As shown in FIG. 6C, the variable displacement fill tank 130 may be comprised of a lower chamber 132, first and second intermediate chambers 134a and 134b, and an upper chamber 136. The first and second intermediate chambers 134a and 134b and the upper chamber 136 may be combined on the lower chamber 132 to define a third filling chamber. The third filling chamber may have a third filling volume V2 that is greater than the minimum filling volume V0.

하부 챔버(132)와 제1 중간 챔버(134a)는 고정 볼트 등의 체결 부재들에 상호 결합될 수 있다. 하부 챔버(132)와 제1 중간 챔버(134a) 사이에 유체 밀봉을 위한 개스킷(138)이 개재될 수 있다.The lower chamber 132 and the first intermediate chamber 134a may be coupled to fastening members such as fixing bolts. A gasket 138 for fluid sealing may be interposed between the lower chamber 132 and the first intermediate chamber 134a.

제1 중간 챔버(134a)와 제2 중간 챔버(134b)는 고정 볼트 등의 체결 부재들에 상호 결합될 수 있다. 제1 중간 챔버(134a)와 제2 중간 챔버(134b) 사이에 유체 밀봉을 위한 개스킷(138)이 개재될 수 있다.The first intermediate chamber 134a and the second intermediate chamber 134b may be coupled to fastening members such as fixing bolts. A gasket 138 for sealing fluid may be interposed between the first intermediate chamber 134a and the second intermediate chamber 134b.

제2 중간 챔버(134b)와 상부 챔버(136)는 고정 볼트 등의 체결 부재들에 의해 상호결합될 수 있다. 제2 중간 챔버(134b)와 상부 챔버(136) 사이에 유체 밀봉을 위한 개스킷(138)이 개재될 수 있다.The second intermediate chamber 134b and the upper chamber 136 may be mutually coupled by fastening members such as fixing bolts. A gasket 138 for fluid sealing may be interposed between the second intermediate chamber 134b and the upper chamber 136.

상술한 바와 같이, 가변 용량형 충전 탱크(130)는 서로 수직적으로 탈착 가능하도록 결합되는 복수 개의 단위 챔버들을 포함할 수 있다. 상기 단위 챔버들 중 일부만이 선택되어 결합됨으로써, 원하는 충전 체적을 정의할 수 있다. 이와 다르게, 상기 가변 용량형 충전 탱크는 서로 수평적으로 탈착 가능하도록 결합되는 복수 개의 단위 챔버들을 포함할 수 있다.As described above, the variable displacement filling tank 130 may include a plurality of unit chambers which are coupled to be detachably perpendicular to each other. Only some of the unit chambers can be selected and combined to define a desired fill volume. Alternatively, the variable displacement filling tank may include a plurality of unit chambers which are coupled to be detachably horizontal to each other.

도 8은 예시적인 실시예들에 따른 박막 증착 장치를 나타내는 도면이다. 도 9는 도 8의 반응 가스 공급기를 나타내는 블록도이다. 상기 박막 증착 장치는 반응 가스 공급기의 복수 개의 가변 용량형 충전 탱크들의 구성을 제외하고는 도 1 내지 도 5를 참조로 설명한 박막 증착 장치와 실질적으로 동일하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.8 is a diagram illustrating a thin film deposition apparatus according to example embodiments. FIG. 9 is a block diagram illustrating a reactive gas supplier of FIG. 8. The thin film deposition apparatus is substantially the same as the thin film deposition apparatus described with reference to FIGS. 1 to 5 except for the configuration of the plurality of variable capacitance filling tanks of the reactive gas supplier. Accordingly, like reference numerals refer to like elements, and repeated descriptions of like elements are omitted.

도 8 및 도 9를 참조하면, 박막 증착 장치의 반응 가스 공급기는 반응 가스 공급원(112)으로부터 공급된 반응 가스를 원하는 충전 체적만큼 각각 충전시키는 복수 개의 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)을 포함할 수 있다.8 and 9, the reactive gas supplier of the thin film deposition apparatus includes a plurality of variable capacity filling tanks 120a, 120b, and 120c which respectively fill the reaction gas supplied from the reaction gas source 112 by a desired fill volume. ) May be included.

도 9에 도시된 바와 같이, 반응 가스 공급기(110)는 반응 가스 공급원(112)과 연결된 충전 라인(111)에 병렬로 연결된 제1 내지 제3 충전 분배 라인들(113a, 113b, 113c), 제1 내지 제3 충전 분배 라인들(113a, 113b, 113c)에 각각 연결되는 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c), 및 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)에 각각 연결되고 공정 챔버(10)와 연결된 반응 가스 공급 라인(117)에 병렬로 연결된 제1 내지 제3 방출 분배 라인들(115a, 115b, 115c)을 포함할 수 있다. 반응 가스 공급 라인(117)은 샤워 헤드(40)의 제2 도입로(43)에 연결될 수 있다.As shown in FIG. 9, the reaction gas supplier 110 may include first to third charge distribution lines 113a, 113b, and 113c connected in parallel to a charging line 111 connected to a reaction gas source 112. First to third variable displacement filling tanks 120a, 120b and 120c and first to third variable displacement filling tanks connected to the first to third filling distribution lines 113a, 113b and 113c, respectively. The first to third emission distribution lines 115a, 115b, and 115c may be connected to 120a, 120b, and 120c, respectively, and connected in parallel to a reaction gas supply line 117 connected to the process chamber 10. . The reactive gas supply line 117 may be connected to the second introduction path 43 of the shower head 40.

반응 가스 공급기(110)는 제1 내지 제3 충전 분배 라인들(113a, 113b, 113c)에 각각 설치되어 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)로의 상기 반응 가스의 흐름을 제어하기 위한 제1 내지 제3 충전 밸브들(144a, 144b, 144c), 및 제1 내지 제3 방출 분배 라인들(115a, 115b, 115c)에 각각 설치되어 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)로부터 상기 반응 가스의 배출을 제어하기 위한 제1 내지 제3 방출 밸브들(146a, 146b, 146c)을 포함할 수 있다.The reaction gas supplier 110 is installed in the first to third charge distribution lines 113a, 113b, and 113c, respectively, to supply the reaction gas to the first to third variable displacement charge tanks 120a, 120b, and 120c. First to third variable displacement types installed in the first to third filling valves 144a, 144b and 144c and the first to third discharge distribution lines 115a, 115b and 115c to control the flow, respectively. It may include first to third discharge valves (146a, 146b, 146c) for controlling the discharge of the reaction gas from the filling tank (120a, 120b, 120c).

또한, 반응 가스 공급기(110)는 충전 라인(111)에 설치되어 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)로 공급되는 상기 반응 가스의 흐름을 제어하기 위한 공급 제어 밸브(116), 및 반응 가스 공급 라인(117)에 설치되어 공정 챔버(10)로 공급되는 상기 반응 가스의 흐름을 제어하기 위한 제2 도입 제어 밸브(118)를 더 포함할 수 있다.In addition, a reaction gas supply 110 is installed in the filling line 111 to supply a control valve for controlling the flow of the reaction gas supplied to the first to third variable displacement filling tanks (120a, 120b, 120c) 116, and a second introduction control valve 118 installed in the reaction gas supply line 117 to control the flow of the reaction gas supplied to the process chamber 10.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 박막 증착 장치는 반응 가스 공급기(110)의 상기 반응 가스의 충전 및 승압을 제어하기 위한 제어기(140)를 더 포함할 수 있다. 제어기(140)는 공급제어 밸브(116), 제2 도입 제어 밸브(118), 제1 내지 제3 충전 밸브들(144a, 144b, 144c) 및 제1 내지 제3 방출 밸브들(146a, 146b, 146c)의 개폐를 제어할 수 있다.In example embodiments, the thin film deposition apparatus may further include a controller 140 for controlling charging and boosting of the reaction gas of the reaction gas supplier 110. The controller 140 includes the supply control valve 116, the second introduction control valve 118, the first to third filling valves 144a, 144b and 144c and the first to third discharge valves 146a and 146b, The opening and closing of 146c) can be controlled.

제2 유량 제어기는 가스 공급 라인에 설치되어 상기 가스 공급 라인을 통하여 챔버(20) 내부로 유입되는 상기 반응 가스의 공급 유량을 제어할 수 있다. 예를 들면, 상기 유량 제어기는 질량유량 제어기(MFC, mass flow controller)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 내지 제3 유량 제어기들(114a, 114b, 114c)은 제1 내지 제3 충전 분배 라인들(113a, 113b, 113c)에 각각 설치되어 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)로 공급되는 상기 반응 가스의 유량을 제어할 수 있다.The second flow controller may be installed in a gas supply line to control a supply flow rate of the reaction gas introduced into the chamber 20 through the gas supply line. For example, the flow controller may include a mass flow controller (MFC). Specifically, the first to third flow rate controllers 114a, 114b, and 114c are installed in the first to third charge distribution lines 113a, 113b, and 113c, respectively, to first to third variable displacement fill tanks. The flow rate of the reaction gas supplied to the 120a, 120b, 120c can be controlled.

제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)은 서로 동일하거나 유사한 구성을 가질 수 있다. 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)은 서로 같거나 다른 충전 체적들을 갖도록 조정될 수 있다. 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)을 상기 반응 가스로 각각 충전시킨 후, 제1 내지 제3 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)로부터 상기 반응 가스를 동시에 또는 순차적으로 방출시키고 상기 방출된 상기 반응 가스를 수집하여 공정 챔버(10)에 공급할 수 있다. 이 때, 상기 수집된 반응 가스의 압력은 제1 내지 제3 충전 탱크들(120a, 120b, 120c) 각각의 충전 압력보다 큰 압력을 가질 수 있다.The first to third variable displacement filling tanks 120a, 120b, and 120c may have the same or similar configuration. The first to third variable displacement fill tanks 120a, 120b, 120c may be adjusted to have the same or different fill volumes from each other. After filling the first to third variable displacement filling tanks 120a, 120b, 120c with the reaction gas, respectively, the reaction gases are simultaneously or simultaneously from the first to third filling tanks 120a, 120b, 120c. Emission may be sequentially performed and the reactant gas may be collected and supplied to the process chamber 10. At this time, the pressure of the collected reaction gas may have a pressure greater than that of each of the first to third filling tanks 120a, 120b, and 120c.

이하에서는, 도 1 및 도 8의 박막 증착 장치를 이용하여 박막을 증착시키는 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of depositing a thin film using the thin film deposition apparatus of FIGS. 1 and 8 will be described.

도 10은 예시적인 실시예들에 따른 박막 증착 방법을 나타내는 순서도이다. 도 11a는 도 10의 박막 증착 방법의 소스 가스 공급 공정을 나타내는 순서도이고, 도 11b는 도 10의 박막증착 방법의 반응 가스 공급 공정을 나타내는 순서도이다. 상기 박막증착 방법은 원자층 증착 공정에 의해 웨이퍼 상에 텅스텐 박막을 형성하기 위해 사용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것을 아니다.10 is a flow chart illustrating a thin film deposition method according to exemplary embodiments. 11A is a flowchart illustrating a source gas supply process of the thin film deposition method of FIG. 10, and FIG. 11B is a flowchart illustrating a reaction gas supply process of the thin film deposition method of FIG. 10. The thin film deposition method may be used to form a tungsten thin film on a wafer by an atomic layer deposition process, but is not necessarily limited thereto.

도 1, 도 8, 도 10, 도11a 및 도 11b를 참조하면, 먼저, 공정 챔버(10) 내에 기판(W)을 로딩할 수 있다(S10).Referring to FIGS. 1, 8, 10, 11a and 11b, first, the substrate W may be loaded into the process chamber 10 (S10).

예시적인 실시예들에 있어서, 공정 챔버(10)는 ALD 공정을 위한 챔버일 수 있다. 기판(W)은 텅스텐 함유 박막이 형성되는 대상체일 수 있다. 기판(W)은 예를 들면, 실리콘 웨이퍼 또는 게르마늄 웨이퍼와 같은 반도체 웨이퍼로부터 제조될 수 있다. 한편, 기판(W) 상에는 각종 구조물들(도시되지 않음)이 더 형성될 수 있다.In example embodiments, the process chamber 10 may be a chamber for an ALD process. The substrate W may be an object on which a tungsten-containing thin film is formed. The substrate W may be manufactured from a semiconductor wafer such as, for example, a silicon wafer or a germanium wafer. Meanwhile, various structures (not shown) may be further formed on the substrate W. FIG.

이어서, 공정 챔버(10) 내에 소스 가스를 도입하여 기판(W) 상에 전구체 박막을 형성할 수 있다.Subsequently, a source gas may be introduced into the process chamber 10 to form a precursor thin film on the substrate W.

예를 들면, 소스 가스 공급기(100)는 금속 전구체를 기화시켜 상기 소스 가스를 공정 챔버(10)로 공급할 수 있다. 상기 소스 가스의 예로서는, WF6, WCl6, WBr6, W(Co)6, W(C2H2)6, W(PF3)6, (C2H5)WH2 등을 들 수 있다.For example, the source gas supplier 100 may vaporize a metal precursor to supply the source gas to the process chamber 10. Examples of the source gas include WF6, WCl6, WBr6, W (Co) 6, W (C2H2) 6, W (PF3) 6, (C2H5) WH2 and the like.

S20 단계에서, 적어도 하나의 가변 용량형 충전 탱크(120, 120a, 120b, 120c)의 충전 체적을 조정하고(S202), 상기 가변 용량형 충전 탱크에 상기 소스 가스를 충전시키고(S204), 상기 충전 탱크 내에 충전된 소스 가스를 공정 챔버(10) 내에 공급할 수 있다(S206).In step S20, the filling volume of at least one variable displacement filling tank (120, 120a, 120b, 120c) is adjusted (S202), the source gas is charged into the variable displacement filling tank (S204), and the filling The source gas charged in the tank may be supplied into the process chamber 10 (S206).

도 1에 도시된 바와 같이, 공정 조건에 따라 가압 용량형 충전 탱크(120)가 원하는 충전 체적을 갖도록 가변 플레이트(124)를 이동시킬 수 있다. 가압 용량형 충전 탱크(120)에 소스 가스 공급원(102)으로부터의 상기 소스 가스를 충전시킨 후, 상기 충전된 소스 가스를 상기 공정 챔버에 공급할 수 있다.As shown in FIG. 1, the variable plate 124 may be moved such that the pressurized capacity filling tank 120 has a desired filling volume according to the process conditions. After filling the source gas from the source gas source 102 into the pressurized capacitive filling tank 120, the filled source gas may be supplied to the process chamber.

도 8에 도시된 바와 같이, 원하는 충전 체적을 갖는 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)을 상기 소스 가스로 충전시킨 후, 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)로부터의 소스 가스들을 동시에 또는 순차적으로 방출시켜 하나의 소스 가스 공급 라인(107)을 통해 공정 챔버(10) 내로 공급할 수 있다. 이 때, 소스 가스 공급 라인(107)을 통해 공급되는 상기 소스 가스의 압력은 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c) 각각의 충전 압력보다 큰 압력을 가질 수 있다.As shown in FIG. 8, after filling the first to third variable displacement filling tanks 120a, 120b, and 120c having the desired filling volume with the source gas, the first to third variable displacement filling tanks. Source gases from the fields 120a, 120b, and 120c may be simultaneously or sequentially released to be supplied into the process chamber 10 through one source gas supply line 107. In this case, the pressure of the source gas supplied through the source gas supply line 107 may have a pressure greater than the filling pressure of each of the first to third variable displacement filling tanks 120a, 120b, and 120c.

이후, 제1 퍼징(purging) 공정을 수행할 수 있다(S30).Thereafter, a first purging process may be performed (S30).

퍼지 가스 공급기는 공정 챔버(10) 내에 제1 퍼지 가스를 공급하여 기판(W) 표면 상에 미흡착된 금속 전구체들 또는 기판(W) 표면에 물리 흡착된 금속 전구체들을 공정 챔버(10)로부터 배출시킬 수 있다. 상기 제1 퍼징 공정에 사용되는 상기제1 퍼지 가스는 예를 들면, 아르곤(Ar) 가스를 포함할 수 있다.The purge gas supplier supplies a first purge gas into the process chamber 10 to discharge unabsorbed metal precursors on the surface of the substrate W or metal precursors physically adsorbed on the surface of the substrate W from the process chamber 10. You can. The first purge gas used in the first purging process may include, for example, argon (Ar) gas.

이어서, 공정 챔버(10) 내에 반응 가스를 도입하여 상기 전구체 박막을 금속막으로 변환시킬 수 있다(S40).Subsequently, the precursor thin film may be converted into a metal film by introducing a reaction gas into the process chamber 10 (S40).

예를 들면, 반응 가스 공급기(100)는 환원 가스로 사용되는 상기 반응 가스를 공정 챔버(10)로 공급할 수 있다. 상기 반응 가스의 예로서는, 상기 반응 가스의 예로서는 B2H6, Si2H6, SiH4, H2 등을 들 수 있다.For example, the reaction gas supplier 100 may supply the reaction gas used as the reducing gas to the process chamber 10. As an example of the said reaction gas, B2H6, Si2H6, SiH4, H2 etc. are mentioned as an example of the said reaction gas.

S40 단계에서, 적어도 하나의 가변 용량형 충전 탱크(120, 120a, 120b, 120c)의 충전 체적을 조정하고(S202), 상기 가변 용량형 충전 탱크에 상기 반응 가스를 충전시키고(S204), 상기 충전 탱크 내에 충전된 반응 가스를 공정 챔버(10) 내에 공급할 수 있다(S206).In step S40, the filling volume of the at least one variable capacity filling tank (120, 120a, 120b, 120c) is adjusted (S202), the variable capacity filling tank is filled with the reaction gas (S204), the filling The reaction gas filled in the tank may be supplied into the process chamber 10 (S206).

도 1에 도시된 바와 같이, 공정 조건에 따라 가압 용량형 충전 탱크(120)가 원하는 충전 체적을 갖도록 가변 플레이트(124)를 이동시킬 수 있다. 가압 용량형 충전 탱크(120)에 소스 가스 공급원(102)으로부터의 상기 반응 가스를 충전시킨 후, 상기 충전된 반응 가스를 상기 공정 챔버에 공급할 수 있다.As shown in FIG. 1, the variable plate 124 may be moved such that the pressurized capacity filling tank 120 has a desired filling volume according to the process conditions. After filling the reactive gas from the source gas source 102 into the pressurized capacitive filling tank 120, the charged reaction gas may be supplied to the process chamber.

도 8에 도시된 바와 같이, 원하는 충전 체적을 갖는 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)을 상기 반응 가스로 충전시킨 후, 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)로부터의 반응 가스들을 동시에 또는 순차적으로 방출시켜 하나의 소스 가스 공급 라인(107)을 통해 공정 챔버(10) 내로 공급할 수 있다. 이 때, 소스 가스 공급 라인(107)을 통해 공급되는 상기 반응 가스의 압력은 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c) 각각의 충전 압력보다 큰 압력을 가질 수 있다.As shown in FIG. 8, after filling the first to third variable displacement filling tanks 120a, 120b and 120c having a desired fill volume with the reaction gas, the first to third variable displacement filling tanks are shown. Reaction gases from the fields 120a, 120b, and 120c may be simultaneously or sequentially released to be supplied into the process chamber 10 through one source gas supply line 107. In this case, the pressure of the reaction gas supplied through the source gas supply line 107 may have a pressure greater than that of each of the first to third variable displacement filling tanks 120a, 120b, and 120c.

B2H6와 같은 환원 가스는 높은 종횡비를 갖는 개구부의 저면까지 도달하여 흡착되기 전에열분해되어 텅스텐 박막의 스텝 커버리지가 열화될 수 있다. 하지만, 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 환원 가스는 확장된 충전 체적을 갖는 상기 가변 용량형 충전 탱크 내에 충전된 후 공정 챔버(10) 내로 공급되므로, 더 높은 압력을 갖는 많은 양의 상기 환원 가스를 상기 개구부의 저면까지 충분하게 공급하여 열분해되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 텅스텐 박막의 스텝 커버리지 특성 및 시간당 설비당 생산량(UPEH)를 향상시킬 수 있다.A reducing gas, such as B2H6, may pyrolyze before reaching and adsorbing to the bottom of an opening having a high aspect ratio, thereby degrading the step coverage of the tungsten thin film. However, in exemplary embodiments, the reducing gas is supplied into the process chamber 10 after being filled into the variable displacement filling tank having an expanded fill volume, thus providing a greater amount of the reducing gas with higher pressure. It can be sufficiently supplied to the bottom of the opening to prevent thermal decomposition. Accordingly, it is possible to improve the step coverage characteristics of the tungsten thin film and the yield per facility (UPEH) per hour.

이후, 제2 퍼징(purging) 공정을 수행할 수 있다(S50).Thereafter, a second purging process may be performed (S50).

상기 퍼지 가스 공급기는 공정 챔버(10) 내에 제2 퍼지 가스를 공급하여 공정 챔버(10) 내에 잔류하는 물질들을 배출시킬 수 있다.The purge gas supplier may supply a second purge gas into the process chamber 10 to discharge materials remaining in the process chamber 10.

이어서, 상술한 S20 내지 S50 단계들을 복수개의 사이클들로 반복하여 원하는 두께의 금속막을 형성할 수 있다.Subsequently, the above-described steps S20 to S50 may be repeated in a plurality of cycles to form a metal film having a desired thickness.

도 1 내지 도 11b에서는, 가변 용량형 충전 탱크를 갖는 가스 공급기를 이용하여 공정 챔버에 소스 가스 또는 반응 가스를 공급하는 것으로 예시적으로 설명하였으나, 이에 제한되지는 않는다. 예를 들면, 후술하는 바와 같이, 상기 소스 가스 및 상기 반응 가스 이외에 텅스텐 핵생성층을 형성하기 위한 환원 가스를 공급하는 경우에도 상기 충전 탱크 구성을 갖는 가스 공급기가 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.1 to 11B have been exemplarily described as supplying a source gas or a reactant gas to a process chamber by using a gas supplier having a variable displacement fill tank, but the present invention is not limited thereto. For example, as will be described later, it will be appreciated that a gas supply having the filling tank configuration can be used even when supplying a reducing gas for forming a tungsten nucleation layer in addition to the source gas and the reaction gas.

이하에서는, 상술한 박막 증착 방법을 이용하여 반도체 장치를 제조하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device using the above-described thin film deposition method will be described.

도 12 내지 도 16은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다. 예를 들면, 도 12 내지 도 16은 상술한 예시적인 실시예들에 따른 박막 증착 방법을 활용한 반도체 장치의 도전 구조물의 형성 방법을 도시하고 있다.12 to 16 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with example embodiments. For example, FIGS. 12 through 16 illustrate a method of forming a conductive structure of a semiconductor device using the thin film deposition method according to the exemplary embodiments described above.

도 12를 참조하면, 도전 패턴(210)이 내부에 형성된 하부 구조물(200) 상에 층간 절연막(220)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 12, an interlayer insulating layer 220 may be formed on the lower structure 200 having the conductive pattern 210 formed therein.

일부 실시예들에 있어서, 하부 구조물(200)은 예를 들면, 도 1에 도시된 기판(W) 상에형성된 하부 절연막을 포함할 수 있다. 기판(W) 상에는 워드 라인(word line), 게이트 구조물, 다이오드, 소스/드레인 층, 콘택, 배선 등을 포함하는 회로 소자가 형성될 수 있다. In some embodiments, the lower structure 200 may include, for example, a lower insulating layer formed on the substrate W shown in FIG. 1. A circuit element including a word line, a gate structure, a diode, a source / drain layer, a contact, a wiring, and the like may be formed on the substrate W.

이 경우, 하부 구조물(200)은 기판(100) 상에 형성되어 상기 회로 소자를 커버할 수 있다. 도전 패턴(210)은 하부 구조물(200) 내에 형성되며, 상기 회로 소자의 적어도 일부와 전기적으로 연결되는 플러그로 제공될 수 있다.In this case, the lower structure 200 may be formed on the substrate 100 to cover the circuit device. The conductive pattern 210 may be formed in the lower structure 200 and may be provided as a plug that is electrically connected to at least a portion of the circuit element.

하부 구조물(200)은 실리콘 산화물 계열 물질을 포함하도록 예를 들면, CVD 공정을 통해 형성될 수 있다. 도전 패턴(210)은 텅스텐(W), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 등의 금속, 금속 질화물, 금속 실리사이드 및/또는 도핑된 폴리실리콘을 포함하도록 형성될 수 있다.The lower structure 200 may be formed through, for example, a CVD process to include a silicon oxide based material. The conductive pattern 210 may be formed to include a metal such as tungsten (W), copper (Cu), titanium (Ti), tantalum (Ta), metal nitride, metal silicide, and / or doped polysilicon.

일부 실시예들에 있어서, 하부 구조물(200)은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 예를 들면, 하부 구조물(200)은 실리콘, 게르마늄, 실리콘-게르마늄, 또는 GaP, GaAs, GaSb 등과 같은 Ⅲ-Ⅴ족 화합물을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 하부 구조물(200)은 실리콘-온-인슐레이터(Silicon-On-Insulator: SOI) 기판, 또는 게르마늄-온-인슐레이터(Germanium-On-Insulator: GOI) 기판일 수 있다. 이 경우, 도전 패턴(210)은 하부 구조물(200) 내에 형성된 n-타입 또는 p-타입의 불순물 영역일 수 있다In some embodiments, the lower structure 200 may include a semiconductor substrate. For example, the lower structure 200 may include silicon, germanium, silicon-germanium, or group III-V compounds such as GaP, GaAs, GaSb, or the like. According to some embodiments, the lower structure 200 may be a silicon-on-insulator (SOI) substrate or a germanium-on-insulator (GOI) substrate. In this case, the conductive pattern 210 may be an n-type or p-type impurity region formed in the lower structure 200.

층간 절연막(220)은 실리콘 산화물 계열 물질 또는 저유전 유기 산화물을 포함하도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 층간 절연막(220)은 CVD 공정 또는 스핀 코팅 공정을 통해 형성될 수 있다. The interlayer insulating layer 220 may be formed to include a silicon oxide-based material or a low dielectric organic oxide. For example, the interlayer insulating layer 220 may be formed through a CVD process or a spin coating process.

도 13을 참조하면, 층간 절연막(220)을 부분적으로 제거하여 도전 패턴(210)을 적어도 부분적으로 노출시키는 개구부(225)를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 13, an opening 225 may be formed to at least partially expose the conductive pattern 210 by partially removing the interlayer insulating layer 220.

일부 실시예들에 있어서, 개구부(225)는 도전 패턴(210)의 상면이 전체적으로 노출시키는 홀(hole) 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 개구부(225)는 도전 패턴(210)의 상기 상면을 노출시키며 선형으로 연장되는 트렌치 형상을 가질 수도 있다.In some embodiments, the opening 225 may have a hole shape that is entirely exposed by the top surface of the conductive pattern 210. In some embodiments, the opening 225 may have a trench shape extending linearly to expose the top surface of the conductive pattern 210.

도 14를 참조하면, 층간 절연막(220) 표면, 및 개구부(225)의 측벽 및 저면을 따라, 배리어 도전막(230)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 14, a barrier conductive layer 230 may be formed along the surface of the interlayer insulating layer 220 and the sidewalls and the bottom of the opening 225.

예시적인 실시예들에 따르면, 배리어 도전막(230)은 유기 금속 전구체를 활용하여, ALD 공정 또는 플라즈마 강화 ALD 공정(Plasma Enhanced ALD: PEALD) 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 배리어 도전막(230)은 텅스텐 질화물, 텅스텐 탄화물 또는 텅스텐 탄질화물을 포함하도록 형성될 수도 있다.In example embodiments, the barrier conductive layer 230 may be formed using an ALD process or a plasma enhanced ALD process using an organometallic precursor. For example, the barrier conductive film 230 may be formed to include tungsten nitride, tungsten carbide or tungsten carbonitride.

도 15를 참조하면, 배리어 도전막(230) 상에 개구부(225)를 충분히 채우는 금속막(240)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 15, a metal film 240 may be formed on the barrier conductive film 230 to sufficiently fill the opening 225.

예시적인 실시예들에 있어서, 금속막(240)은 도 10, 도 11a 및 도 11b를 참조로 설명한 박막 증착 방법을 사용하여 형성될 수 있다.In example embodiments, the metal layer 240 may be formed using the thin film deposition method described with reference to FIGS. 10, 11A, and 11B.

도 10, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 소스 가스 공급 공정, 제1 퍼징 공정, 반응 가스 공급 공정 및 제2 퍼징 공정의 증착 사이클을 반복 수행하여 원하는 두께의 금속막을 형성할 수 있다. 예를 들면, WF6를소스 가스로 사용하고 B2H6를 반응 가스로 사용하여 텅스텐 박막을 형성할 수 있다.As illustrated in FIGS. 10, 11A, and 11B, deposition cycles of a source gas supply process, a first purging process, a reaction gas supply process, and a second purging process may be repeatedly performed to form a metal film having a desired thickness. For example, a tungsten thin film can be formed using WF6 as a source gas and B2H6 as a reaction gas.

이 경우, 배리어 도전막(230) 및 금속막(240)은 실질적으로 동일한 증착 챔버 내에서 인-시투(in-situ)로 증착될 수 있다.In this case, the barrier conductive layer 230 and the metal layer 240 may be deposited in-situ in substantially the same deposition chamber.

도 16을 참조하면, 예를 들면 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polish: CMP) 공정을 통해 층간 절연막(220)의 상면이 노출될 때까지 금속막(240) 및 배리어 도전막(230)의 상부를 평탄화할 수 있다. Referring to FIG. 16, the upper portion of the metal layer 240 and the barrier conductive layer 230 are planarized until a top surface of the interlayer insulating layer 220 is exposed through, for example, a chemical mechanical polishing (CMP) process. can do.

상기 평탄화 공정에 의해 개구부(225) 내부에는 도전 패턴(210)과 전기적으로 연결되며, 배리어 도전 패턴(232) 및 금속 충진 패턴(242)을 포함하는 도전 구조물이 형성될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 도전 구조물은 텅스텐 질화물/텅스텐(WNx/W) 적층 구조를 포함할 수 있다.Through the planarization process, a conductive structure electrically connected to the conductive pattern 210 and including a barrier conductive pattern 232 and a metal filling pattern 242 may be formed in the opening 225. In example embodiments, the conductive structure may include a tungsten nitride / tungsten (WNx / W) stacked structure.

예시적인 실시예들에 있어서, 배리어 도전막(230)을 형성한 후에, 전처리 공정을 수행할 수 있다. 상기 전처리 공정은 도 10a 및 도 10b를 참조로 설명한 박막 증착 방법의 반응 가스 공정 공정을 사용하여 형성될 수 있다.In example embodiments, after the barrier conductive layer 230 is formed, a pretreatment process may be performed. The pretreatment process may be formed using a reaction gas process process of the thin film deposition method described with reference to FIGS. 10A and 10B.

예를 들면, 배리어 도전막(230)이 형성된 기판(W) 상에 B2H6를 반응 가스로 공급할 수 있다. 상기 반응 가스는 가변 용량형 충전 탱크 구성을 갖는 반응 가스 공급기를 이용하여 공급되어 핵생성층을 형성할 수 있다. B2H6 반응 가스는 기판 표면에서 분해되어 단일의 보론으로 흡착되거나 다양한 보론 수소화물(boron hydride)로 흡착되어 텅스텐 박막의 빠른 핵생성을 돕게 된다.For example, B2H6 may be supplied as a reaction gas onto the substrate W on which the barrier conductive film 230 is formed. The reaction gas may be supplied using a reaction gas supply having a variable capacity fill tank configuration to form a nucleation layer. The B2H6 reaction gas is decomposed at the surface of the substrate and adsorbed into a single boron or as a variety of boron hydrides to help the nucleation of the tungsten thin film.

도 17 내지 도 23은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 예를 들면, 도 17 내지 도 23은 3차원 구조의 비휘발성 메모리 장치 또는 수직 채널을 포함하는 수직형 메모리 장치의 제조 방법을 도시하고 있다.17 to 23 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with example embodiments. For example, FIGS. 17 to 23 illustrate a method of manufacturing a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure or a vertical memory device including a vertical channel.

도 17 내지 도 23에서 기판의 상면으로부터 수직하게 연장하는 방향 제1 방향으로 정의한다. 또한, 상기 기판의 상면에 평행하며 서로 교차하는 두 방향을 제2 방향 및 제3 방향으로 정의한다. 예를 들면, 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향은 서로 수직하게 교차할 수 있다.17 to 23, the first direction is a direction extending vertically from the upper surface of the substrate. In addition, two directions parallel to the upper surface of the substrate and crossing each other are defined as a second direction and a third direction. For example, the second direction and the third direction may perpendicularly intersect each other.

도 17을 참조하면, 기판(300) 상에 층간 절연막들(302, 예를 들면 302a 내지 302g) 및 희생막들(304, 예를 들면 304a 내지 304f)을 교대로 반복으로 적층하여 몰드 구조물을 형성할 수 있다. 이후, 상기 몰드 구조물을 부분적으로 식각하여 기판(300)의 상면을 노출시키는 채널 홀들(310)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 17, an interlayer insulating films 302 (for example, 302a to 302g) and sacrificial films 304 (for example, 304a to 304f) are alternately and repeatedly stacked on the substrate 300 to form a mold structure. can do. Thereafter, the mold structure may be partially etched to form channel holes 310 exposing the top surface of the substrate 300.

예를 들면, 층간 절연막(302)은 실리콘 산화물을 포함하도록 형성될 수 있다. 희생막들(304)은 층간 절연막(302)에 대해 높은 식각 선택비를 가지며, 습식 식각 공정에 의해 용이하게 제거될 수 있는 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 희생막들(304)은 실리콘 질화물을 사용하여 형성될 수 있다.For example, the interlayer insulating film 302 may be formed to include silicon oxide. The sacrificial layers 304 may have a high etching selectivity with respect to the interlayer insulating layer 302 and may be formed using a material that can be easily removed by a wet etching process. For example, the sacrificial layers 304 may be formed using silicon nitride.

희생막들(304)은 후속 공정을 통해 제거되어 그라운드 선택 라인(Ground Selection Line: GSL), 워드 라인 및 스트링 선택 라인(String Selection Line: SSL)이 형성되는 공간을 제공할 수 있다. 따라서, 층간 절연막들(302) 및 희생막들(304)이 적층되는 수는 이후 형성되는 상기 GSL, 워드 라인 및 SSL이 적층되는 수에 따라 달라질 수 있다.The sacrificial layers 304 may be removed through a subsequent process to provide a space in which a ground selection line (GSL), a word line, and a string selection line (SSL) are formed. Accordingly, the number of the interlayer insulating layers 302 and the sacrificial layers 304 may vary depending on the number of the GSLs, word lines, and SSLs formed thereafter.

예를 들면, 상기 GSL 및 SSL은 각각 1개의 층에 형성되고, 상기 워드 라인은 4개의 층에 형성될 수 있다. 이 경우, 도 16에 도시된 바와 같이 희생막들(304)은 모두 6개의 층으로 적층되며 층간 절연막들(302)은 모두 7개의 층으로 적층될 수 있다. 그러나, 도 16에 도시된 층간 절연막(302) 및 희생막(304)의 적층 수는 예시적인 것이며, 상기 반도체 장치의 집적도에 따라 보다 증가될 수 있다.For example, the GSL and SSL may be formed in one layer, and the word line may be formed in four layers. In this case, as shown in FIG. 16, the sacrificial layers 304 may be stacked in six layers, and the interlayer insulating layers 302 may be stacked in seven layers. However, the stacking number of the interlayer insulating film 302 and the sacrificial film 304 shown in FIG. 16 is exemplary and may be increased according to the degree of integration of the semiconductor device.

예를 들면, 상기 몰드 구조물을 건식 식각 공정을 통해 부분적으로 제거하여 복수의 채널 홀들(310)이 형성될 수 있다. 상기 제3 방향을 따라 복수의 채널 홀들(310)이 형성되어 채널 홀 열이 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 방향을 따라, 복수의 상기 채널 홀 열들이 형성될 수 있다.For example, a plurality of channel holes 310 may be formed by partially removing the mold structure through a dry etching process. A plurality of channel holes 310 may be formed along the third direction to form a channel hole column. In addition, a plurality of channel hole columns may be formed along the second direction.

도 18을 참조하면, 각 채널 홀(310) 내부에 유전막 구조물(322), 채널(324) 및 충진 패턴(326)을 포함하는 수직 채널 구조체(320)를 형성할 수 있다. 수직 채널 구조체(320) 상에는 캡핑 패드(330)가 형성될 수 있다.Referring to FIG. 18, a vertical channel structure 320 including a dielectric layer structure 322, a channel 324, and a filling pattern 326 may be formed in each channel hole 310. The capping pad 330 may be formed on the vertical channel structure 320.

예를 들면, 채널 홀들(310)의 측벽 및 저면들과 최상층의 층간 절연막(302g) 상면을 따라 유전막을 형성할 수 있다. 상기 유전막은 구체적으로 도시하지는 않았으나, 블로킹 막, 전하 저장막 및 터널 절연막을 순차적으로 적층하여 형성될 수 있다.For example, a dielectric layer may be formed along the sidewalls and bottoms of the channel holes 310 and the upper surface of the interlayer insulating layer 302g of the uppermost layer. Although not specifically illustrated, the dielectric film may be formed by sequentially stacking a blocking film, a charge storage film, and a tunnel insulating film.

상기 블로킹 막은 실리콘 산화물과 같은 산화물을 사용하여 형성될 수 있고, 상기 전하 저장막은 실리콘 질화물과 같은 질화물 또는 금속 산화물을 사용하여 형성될 수 있으며, 상기 터널 절연막은 실리콘 산화물과 같은 산화물을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 유전막은 ONO(Oxide-Nitride-Oxide) 적층 구조를 갖도록 형성될 수 있다. The blocking film may be formed using an oxide such as silicon oxide, the charge storage layer may be formed using a nitride or metal oxide such as silicon nitride, and the tunnel insulating layer may be formed using an oxide such as silicon oxide. Can be. For example, the dielectric layer may be formed to have an oxide-nitride-oxide (ONO) stacked structure.

예를 들면, 에치-백 공정을 통해 상기 유전막의 상부 및 저부를 부분적으로 제거할 수 있다. 이에 따라, 상기 유전막의 최상층의 층간 절연막(302g) 상기 상면 및 기판(300)의 상기 상면 상에 형성된 부분들이 실질적으로 제거되어 유전막 구조물(322)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 유전막 구조물(322)은 채널 홀(310)의 측벽 상에 형성되며, 실질적으로 스트로우(straw) 형상 또는 실린더 쉘(shell) 형상을 가질 수 있다. For example, an etch-back process may partially remove the top and bottom of the dielectric film. Accordingly, the dielectric layer structure 322 may be formed by substantially removing portions formed on the upper surface of the interlayer insulating layer 302g of the dielectric layer and the upper surface of the substrate 300. For example, the dielectric film structure 322 is formed on the sidewall of the channel hole 310 and may have a substantially straw shape or a cylinder shell shape.

이어서, 최상층의 층간 절연막(302g) 및 유전막 구조물(322)의 표면들, 및 기판(300)의 상기 상면을 따라 채널막을 형성하고, 상기 채널막 상에 채널 홀들(310) 나머지 부분을 채우는 충진막을 형성할 수 있다.Subsequently, a channel film is formed along the upper surfaces of the interlayer insulating film 302g and the dielectric film structure 322 of the uppermost layer, and the upper surface of the substrate 300, and a filling film filling the remaining portions of the channel holes 310 is formed on the channel film. Can be formed.

상기 채널막은 선택적으로 불순물이 도핑된 폴리실리콘 혹은 비정질 실리콘을 사용하여 형성될 수 있다. 한편, 폴리실리콘 혹은 비정질 실리콘을 사용하여 상기 채널 막을 형성한 후 열처리 또는 레이저 빔 조사에 의해 이를 단결정 실리콘으로 전환시킬 수도 있다. 상기 충진막은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 절연 물질을 사용하여 형성될 수 있다. The channel layer may be formed using polysilicon or amorphous silicon doped with impurities. Meanwhile, the channel film may be formed using polysilicon or amorphous silicon and then converted into monocrystalline silicon by heat treatment or laser beam irradiation. The filling film may be formed using an insulating material such as silicon oxide or silicon nitride.

최상층의 층간 절연막(302g)이 노출될 때까지 상기 충진막 및 상기 채널막을 평탄화하여 유전막 구조물(322)의 내측벽으로부터 순차적으로 적층되어 채널 홀(310) 내부를 채우는 채널(324) 및 충진 패턴(326)을 형성할 수 있다. 상기 평탄화 공정은 CMP 공정 및/또는 에치-백 공정을 포함할 수 있다.The fill layer and the channel layer are planarized until the uppermost interlayer insulating layer 302g is exposed to be sequentially stacked from the inner wall of the dielectric layer structure 322 to fill the channel hole 310 and fill the channel 324 and the fill pattern ( 326 may be formed. The planarization process may include a CMP process and / or an etch-back process.

채널(324)은 실질적으로 컵(cup) 형상을 가지며, 채널 홀(310)에 의해 노출된 기판(300)의 상기 상면과 접촉될 수 있다. 충진 패턴(326)은 채널(324)의 내부 공간에 삽입된 필라(pillar) 혹은 속이 찬 원기둥 형상을 가질 수 있다. The channel 324 has a substantially cup shape and may be in contact with the top surface of the substrate 300 exposed by the channel hole 310. The filling pattern 326 may have a pillar or a hollow cylindrical shape inserted into the internal space of the channel 324.

각 채널 홀(310) 마다 채널(324)이 형성됨에 따라, 상술한 채널 홀 열의 배열 형태에 대응되는 채널 열이 형성될 수 있다. As the channel 324 is formed in each channel hole 310, a channel column corresponding to the arrangement form of the channel hole column described above may be formed.

수직 채널 구조체(320) 상에는 채널 홀(310)의 상부를 캡핑하는 캡핑 패드(330)를 더 형성할 수 있다. 예를 들면, 유전막 구조물(322), 채널(324) 및 충진 패턴(326)의 상부를 에치-백 공정을 통해 제거하여 리세스를 형성할 수 있다. 이후, 상기 리세스를 채우는 패드막을 최상층의 층간 절연막(302g) 상에 형성하고, 최상층의 층간 절연막(302g)의 상면이 노출될 때까지 상기 패드막의 상부를 CMP 공정을 통해 평탄화하여 캡핑 패드(330)를 형성할 수 있다. 상기 패드막은 폴리실리콘 또는 예를 들면 n형 불순물이 도핑된 폴리실리콘을 사용하여 형성될 수 있다.A capping pad 330 may be further formed on the vertical channel structure 320 to cap the upper portion of the channel hole 310. For example, an upper portion of the dielectric layer structure 322, the channel 324, and the filling pattern 326 may be removed through an etch-back process to form a recess. Thereafter, a pad film filling the recess is formed on the uppermost interlayer insulating film 302g, and the upper portion of the pad film is planarized through a CMP process until the upper surface of the uppermost insulating interlayer 302g is exposed, thereby capping pad 330. ) Can be formed. The pad layer may be formed using polysilicon or, for example, polysilicon doped with n-type impurities.

최상층의 층간 절연막(302g) 상에는 캡핑패드들(330)을 덮는 제1 상부 절연막(340)을 형성할 수 있다. 제1 상부 절연막(440)은 예를 들면, 실리콘 산화물을 포함하도록 CVD 공정, 스핀 코팅 공정 등을 통해 형성될 수 있다.The first upper insulating layer 340 covering the capping pads 330 may be formed on the interlayer insulating layer 302g of the uppermost layer. The first upper insulating layer 440 may be formed through, for example, a CVD process or a spin coating process to include silicon oxide.

도 19를 참조하면, 상기 제1 상부 절연막(340) 및 상기 몰드 구조물을 부분적으로 식각하여 개구부(350)를 형성할 수 있다. 예를 들면, 이웃하는 일부 상기 채널 열들 사이의 제1 상부 절연막(340) 및 상기 몰드 구조물 부분들을 건식 식각 공정을 통해 식각하여 개구부(350)가 형성될 수 있다.Referring to FIG. 19, an opening 350 may be formed by partially etching the first upper insulating layer 340 and the mold structure. For example, the opening 350 may be formed by etching the first upper insulating layer 340 and the mold structure portions between the adjacent neighboring channel rows through a dry etching process.

개구부(350)는 상기 제1 방향을 따라 상기 몰드 구조물을 관통하여 기판(300)의 상면을 노출시킬 수 있다. 또한, 개구부(350)는 상기 제3 방향으로 연장되며, 복수의 개구부들(350)이 상기 제2 방향을 따라 형성될 수 있다.The opening 350 may pass through the mold structure along the first direction to expose the top surface of the substrate 300. In addition, the opening 350 may extend in the third direction, and a plurality of openings 350 may be formed along the second direction.

개구부(350)는 게이트 라인 컷 영역으로 제공될 수 있다. 제2 방향을 따라 이웃하는 개구부들(350) 사이에 소정의 개수의 상기 채널 열들이 배열될 수 있다.The opening 350 may be provided as a gate line cut region. A predetermined number of the channel columns may be arranged between the adjacent openings 350 along the second direction.

한편, 개구부들(350)이 형성됨에 따라, 층간 절연막들(302) 및 희생막들(304)은 각각 층간 절연 패턴들(306, 예를 들면, 306a 내지 306g) 및 희생 패턴들(308, 예를 들면, 308a 내지 308f)로 변환될 수 있다. 층간 절연 패턴(306) 및 희생 패턴(308)은 상기 소정의 개수의 채널 열들에 포함된 수직 채널 구조체들(320)을 감싸며 연장하는 플레이트(plate) 형상을 가질 수 있다.On the other hand, as the openings 350 are formed, the interlayer insulating layers 302 and the sacrificial layers 304 may be formed of the interlayer insulating patterns 306 (for example, 306a to 306g) and the sacrificial patterns 308, respectively. For example, 308a to 308f. The interlayer insulating pattern 306 and the sacrificial pattern 308 may have a plate shape that surrounds and extends the vertical channel structures 320 included in the predetermined number of channel rows.

도 20을 참조하면, 개구부(350)에 의해 측벽이 노출된 희생 패턴들(308)을 제거할 수 있다. Referring to FIG. 20, sacrificial patterns 308 having sidewalls exposed by the opening 350 may be removed.

희생 패턴(308)이 실리콘 질화물을 포함하며 층간 절연 패턴(306)이 실리콘 산화물을 포함하는 경우, 실리콘 질화물에 선택비를 갖는 인산과 같은 식각액을 사용하여 희생 패턴들(308)을 습식 식각 공정을 통해 제거할 수 있다.When the sacrificial pattern 308 includes silicon nitride and the interlayer insulating pattern 306 includes silicon oxide, the sacrificial patterns 308 may be wet-etched using an etchant such as phosphoric acid having a selectivity to silicon nitride. Can be removed via

희생막 패턴들(308)이 제거됨에 따라, 각 층의 층간 절연 패턴들(306) 사이에서 갭(gap)(360)이 형성되며, 갭(360)에 의해 유전막 구조물(322)의 외측벽이 노출될 수 있다.As the sacrificial layer patterns 308 are removed, a gap 360 is formed between the interlayer insulating patterns 306 of each layer, and the outer wall of the dielectric layer structure 322 is exposed by the gap 360. Can be.

도 21을 참조하면, 노출된 유전막 구조물(322)의 상기 외측벽 및 갭(360)의 내벽, 층간 절연 패턴들(306)의 표면, 제1 상부 절연막(340)의 표면, 및 노출된 기판(300)의 상기 상면을 따라 배리어 도전막(363)을 형성할 수 있다. 배리어 도전막(363) 상에는 금속 게이트막(365)을 형성할 수 있다. 금속 게이트막(365)은 각 층의 갭들(360)을 완전히 채우며, 개구부(350) 역시 적어도 부분적으로 채우도록 형성될 수 있다.21, the outer wall of the exposed dielectric film structure 322 and the inner wall of the gap 360, the surface of the interlayer insulating patterns 306, the surface of the first upper insulating film 340, and the exposed substrate 300. A barrier conductive layer 363 may be formed along the upper surface of the substrate. A metal gate film 365 may be formed on the barrier conductive film 363. The metal gate layer 365 may be formed to completely fill the gaps 360 of each layer, and the opening 350 may also be at least partially filled.

예를 들면, 배리어 도전막(363)은 유기 금속 전구체를 활용하여, ALD 공정 또는 플라즈마 강화 ALD 공정(Plasma Enhanced ALD: PEALD) 공정에 의해 형성될 수 있다. 예를 들면, 배리어 도전막(363)은 텅스텐 질화물, 텅스텐 탄화물 또는 텅스텐 탄질화물을 포함하도록 형성될 수도 있다.For example, the barrier conductive layer 363 may be formed by an ALD process or a plasma enhanced ALD process using an organometallic precursor. For example, the barrier conductive film 363 may be formed to include tungsten nitride, tungsten carbide or tungsten carbonitride.

예시적인 실시예들에 있어서, 배리어 도전막(363)이 형성된 기판(400) 상에 B2H6와 같은 반응 가스를 공급하여 핵생성층을 형성할 수 있다. 상기 반응 가스는 도 1 내지 도 11b를 참조하여 설명한 가변 용량형 충전 탱크 구성을 갖는 반응 가스 공급기를 이용하여 공급될 수 있다. B2H6 반응 가스는 기판 표면에서 분해되어 단일의 보론으로 흡착되거나 다양한 보론 수소화물(boron hydride)로 흡착되어 텅스텐 박막의 빠른 핵생성을 돕게 된다.In example embodiments, a nucleation layer may be formed by supplying a reaction gas such as B2H6 on the substrate 400 on which the barrier conductive layer 363 is formed. The reaction gas may be supplied using a reaction gas supply having a variable displacement fill tank configuration described with reference to FIGS. 1-11B. The B2H6 reaction gas is decomposed at the surface of the substrate and adsorbed into a single boron or as a variety of boron hydrides to help the nucleation of the tungsten thin film.

개구부(350)는 상기 반도체 장치의 집적도에 따라 높은 종횡비를 가질 수 있다. B2H6와 같은 환원 가스는 높은 종횡비를 갖는 개구부(350)의 저면까지 도달하여 흡착되기 전에 열분해되어 텅스텐 박막의 스텝 커버리지가 열화될 수 있다. 하지만, 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 반응 가스는 충전 압력(P0)보다 큰 압력으로 승압됨에 따라, 많은 양의 반응 가스를 개구부(350)의 저면의 갭(360) 내부까지 충분하게 공급할 수 있다.The opening 350 may have a high aspect ratio according to the degree of integration of the semiconductor device. A reducing gas such as B2H6 may pyrolyze before reaching and adsorbing to the bottom of the opening 350 having a high aspect ratio, thereby degrading the step coverage of the tungsten thin film. However, in the exemplary embodiments, as the reaction gas is boosted to a pressure higher than the filling pressure P0, a large amount of the reaction gas may be sufficiently supplied to the inside of the gap 360 at the bottom of the opening 350. have.

이어서, 도 10, 도 11a 및 도 11b를 참조로 설명한 박막 증착 방법을 사용하여 배리어 도전막(363) 상에는 금속 게이트막(365)을 형성할 수 있다.Subsequently, the metal gate layer 365 may be formed on the barrier conductive layer 363 using the thin film deposition method described with reference to FIGS. 10, 11A, and 11B.

도 10, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 소스 가스 공급 공정, 제1 퍼징 공정, 반응 가스 공급 공정 및 제2 퍼징 공정의 증착 사이클을 반복 수행하여 원하는 두께의 금속막을 형성할 수 있다. 예를 들면, WF6를소스 가스로 사용하고 B2H6를 반응 가스로 사용하여 텅스텐 박막을 형성할 수 있다.As illustrated in FIGS. 10, 11A, and 11B, deposition cycles of a source gas supply process, a first purging process, a reaction gas supply process, and a second purging process may be repeatedly performed to form a metal film having a desired thickness. For example, a tungsten thin film can be formed using WF6 as a source gas and B2H6 as a reaction gas.

도 22를 참조하면, 배리어 도전막(363) 및 금속 게이트막(365)을 부분적으로 식각하여 각 층의 갭(360) 내부에 배리어 도전 패턴(367) 및 금속 게이트(370, 예를 들면 370a 내지 370f)를 형성할 수 있다. 금속 게이트(370)은 상기 소정의 개수의 채널 열들에 포함된 수직 채널 구조체들(320)의 측벽을 감싸며 연장하는 라인 형상 또는 플레이트 형상을 가질 수 있다.Referring to FIG. 22, the barrier conductive layer 363 and the metal gate layer 365 are partially etched to expose the barrier conductive pattern 367 and the metal gate 370 (for example, 370a to 370) in the gap 360 of each layer. 370f) can be formed. The metal gate 370 may have a line shape or a plate shape that surrounds and extends sidewalls of the vertical channel structures 320 included in the predetermined number of channel columns.

예를 들면, 배리어 도전막(363) 및 금속 게이트막(365)의 상부를 제1 상부 절연막의(340) 상면이 노출될 때까지, 예를 들면 CMP 공정을 통해 평탄화할 수 있다. 이 후, 개구부(350) 내부에 형성된 배리어 도전막(363) 및 금속 게이트막(365) 부분을 예를 들면, 등방성 식각 공정을 통해 부분적으로 식각함으로써 각 층의 갭(360) 내부에 배리어 도전 패턴(367) 및 금속 게이트(370)를 형성할 수 있다. 배리어 도전 패턴(367)은 갭(360)의 내벽을 따라 형성되며, 금속 게이트(370)는 배리어 도전 패턴(367) 상에 형성되어, 각 층의 갭(360)을 채울 수 있다.For example, the upper portions of the barrier conductive layer 363 and the metal gate layer 365 may be planarized through, for example, a CMP process until the upper surface of the first upper insulating layer 340 is exposed. Thereafter, portions of the barrier conductive layer 363 and the metal gate layer 365 formed in the opening 350 are partially etched through, for example, an isotropic etching process, thereby forming the barrier conductive pattern in the gap 360 of each layer. 367 and the metal gate 370 may be formed. The barrier conductive pattern 367 may be formed along the inner wall of the gap 360, and the metal gate 370 may be formed on the barrier conductive pattern 367 to fill the gap 360 of each layer.

금속 게이트들(370)은 기판(300)의 상기 상면으로부터 상기 제1 방향을 따라 순차적으로 이격되어 형성된 GSL, 워드 라인 및 SSL을 포함할 수 있다. 예를 들면, 최하층의 금속 게이트(370a)는 상기 GSL로 제공될 수 있다. 상기 GSL 상부의 4개 층의 금속 게이트들(370b 내지 370e)은 상기 워드 라인으로 제공될 수 있다. 상기 워드 라인 상부의 최상층의 금속 게이트(370f)는 상기 SSL로 제공될 수 있다.The metal gates 370 may include a GSL, a word line, and an SSL that are sequentially spaced apart from the upper surface of the substrate 300 along the first direction. For example, the lowermost metal gate 370a may be provided as the GSL. Four layers of metal gates 370b to 370e on the GSL may be provided to the word line. The uppermost metal gate 370f on the word line may be provided by the SSL.

도 23을 참조하면, 개구부(350)에 의해 노출된 기판(300) 상부에 불순물 영역(305)을 형성하고, 개구부(305)를 채우는 스페이서(380) 및 커팅 패턴(385)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 23, an impurity region 305 may be formed on the substrate 300 exposed by the opening 350, and a spacer 380 and a cutting pattern 385 may be formed to fill the opening 305. .

예를 들면, 이온 주입 공정을 통해 예를 들면, 인 또는 비소와 같은 n형 불순물을 개구부(350)를 통해 주입함으로써 불순물 영역(305)을 형성할 수 있다. 불순물 영역(305)은 기판(300)의 상기 상부에 형성되어 상기 제3 방향으로 연장할 수 있다.For example, the impurity region 305 may be formed by implanting n-type impurities such as phosphorous or arsenic through the opening 350 through an ion implantation process. The impurity region 305 may be formed on the upper portion of the substrate 300 and extend in the third direction.

개구부(350)의 측벽 상에 스페이서(380)를 형성할 수 있다. 예를 들면, 실리콘 산화물과 같은 절연 물질을 포함하는 스페이서 막을 제1 상부 절연막(340)의 상면, 및 개구부(350)의 측벽 및 저면을 따라 ALD 공정을 통해 형성할 수 있다. 예를 들면, 이방성 식각공정 또는 에치-백 공정을 통해 상기 스페이서 막을 부분적으로 제거하여 개구부(350)의 상기 측벽 상에 선택적으로 스페이서(380)를 형성할 수 있다.The spacer 380 may be formed on the sidewall of the opening 350. For example, a spacer film including an insulating material such as silicon oxide may be formed through an ALD process along the upper surface of the first upper insulating layer 340 and the sidewalls and the bottom surface of the opening 350. For example, the spacer layer 380 may be selectively formed on the sidewall of the opening 350 by partially removing the spacer layer through an anisotropic etching process or an etch-back process.

이후, 개구부(350)의 나머지 부분을 채우는 커팅 패턴(385)을 형성할 수 있다. 예를 들면, 개구부(350)를 충분히 채우는 도전막을 제1 상부 절연막(340) 상에 형성할 수 있다. 상기 도전막의 상부를 제1 상부 절연막(340)의 상면이 노출될 때까지 CMP 공정을 통해 평탄화하여 개구부(350) 내에서 연장하는 커팅 패턴(385)이 형성될 수 있다. Thereafter, a cutting pattern 385 may be formed to fill the remaining portion of the opening 350. For example, a conductive film that sufficiently fills the opening 350 may be formed on the first upper insulating film 340. A cutting pattern 385 may be formed by planarizing the upper portion of the conductive layer through the CMP process until the upper surface of the first upper insulating layer 340 is exposed to extend in the opening 350.

상기 도전막은 금속, 금속 질화물, 금속 실리사이드 및/또는 도핑된 폴리실리콘을 포함하도록 ALD 공정 또는 스퍼터링 공정을 통해 형성될 수 있다. 커팅 패턴(385)은 상기 반도체 장치의 CSL로 제공될 수 있다.The conductive layer may be formed through an ALD process or a sputtering process to include metal, metal nitride, metal silicide and / or doped polysilicon. The cutting pattern 385 may be provided to the CSL of the semiconductor device.

일부 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 도전막은 상술한 예시적인 실시예들에 따른 유기 금속 전구체를 사용하여 형성될 수도 있다. 이 경우, 커팅 패턴(385)은 텅스텐을 포함할 수 있다.In some example embodiments, the conductive layer may be formed using an organometallic precursor according to the above-described example embodiments. In this case, the cutting pattern 385 may include tungsten.

제1 상부 절연막(340) 상에 커팅 패턴(385) 및 스페이서(380)를 덮는 제2 상부 절연막(390)을 형성할 수 있다. 제2 상부 절연막(390)은 제1 상부 절연막(340)과 실질적으로 동일하거나 유사한 실리콘 산화물을 포함하도록 예를 들면, CVD 공정을 통해 형성될 수 있다.A second upper insulating layer 390 may be formed on the first upper insulating layer 340 to cover the cutting pattern 385 and the spacer 380. The second upper insulating layer 390 may be formed through, for example, a CVD process so as to include silicon oxide substantially the same as or similar to the first upper insulating layer 340.

이후, 제1 및 제2 상부절연막들(390, 340)을 관통하여 캡핑 패드(330)와 접촉하는 비트 라인 콘택(395)을 형성할 수 있다. 이어서, 비트 라인 콘택(395)과 전기적으로 연결되는 비트 라인(397)을 제2 상부 절연막(390) 상에 형성할 수 있다. 비트 라인 콘택(395) 및 비트 라인(397)은 금속, 금속 질화물, 도핑된 폴리실리콘 등을 포함하도록 PVD 공정, ALD 공정, 스퍼터링 공정 등을 통해 형성될 수 있다. Thereafter, a bit line contact 395 may be formed to penetrate the first and second upper insulating layers 390 and 340 to contact the capping pad 330. Subsequently, a bit line 397 electrically connected to the bit line contact 395 may be formed on the second upper insulating layer 390. The bit line contacts 395 and bit lines 397 may be formed through a PVD process, an ALD process, a sputtering process, or the like to include metals, metal nitrides, doped polysilicon, and the like.

비트 라인 콘택(395)은 캡핑 패드(330)와 대응하도록 복수 개로 형성되어 비트 라인 콘택 어레이를 형성할 수 있다. 또한, 비트 라인(397)은 예를 들면, 상기 제2 방향으로 연장하며, 복수의 캡핑 패드들(330)과 비트 라인 콘택(395)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 복수의 비트 라인들(397) 상기 제3 방향을 따라 형성될 수 있다.A plurality of bit line contacts 395 may be formed to correspond to the capping pad 330 to form a bit line contact array. In addition, the bit line 397 extends in the second direction, for example, and may be electrically connected to the plurality of capping pads 330 through the bit line contact 395. In addition, a plurality of bit lines 397 may be formed along the third direction.

전술한 예시적인 실시예들에 따른 박막 증착 장치 및 박막 증착 방법은 플래시 메모리 장치의 게이트 패턴 등과 같은 도전성 구조물을 형성하는 데 이용될 수 있다. 또한, 상기 박막 증착 장치 및 박막 증착 방법은 엠렘(MRAM) 장치, 알램(ReRAM) 장치, 피램(PRAM) 장치, 로직 소자 등과 같은 각종 반도체 소자의 전극, 게이트, 콘택 등의 형성을 위해 확장 적용될 수 있다.The thin film deposition apparatus and the thin film deposition method according to the above-described exemplary embodiments may be used to form a conductive structure such as a gate pattern of a flash memory device. In addition, the thin film deposition apparatus and the thin film deposition method may be extended to form electrodes, gates, contacts, etc. of various semiconductor devices such as an MRAM device, an ReRAM device, a PRAM device, a logic device, and the like. have.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.

10: 공정 챔버 20: 챔버
22: 출입구 24: 게이트 밸브
26: 배기구 30: 기판 지지부
32: 히터 40: 샤워 헤드
42: 제1 도입로 43: 제2 도입로
44: 상부 공간 45: 하부 공간
46: 제1 가스 토출로 47: 제2 가스 토출로
50: 배기 장치 100: 소스 가스 공급기
102: 소스 가스 공급원
104, 104a, 104b, 104c: 제1 유량 제어기
106, 116: 공급 제어 밸브 107: 소스 가스 공급 라인
108: 제1 도입 제어 밸브 110: 반응 가스 공급기
111: 충전 라인 112: 반응 가스 공급원
113a, 113b, 113c: 충전 분배 라인
114, 114a, 114b, 114c: 제2 유량제어기
115a, 115b, 115c: 방출 분배 라인
117: 반응 가스 공급 라인 118: 제2 도입 제어 밸브
120, 120a, 120b, 120c, 130: 가변 용량형 충전 탱크
121: 베이스 122: 충전 챔버
124: 가변 플레이트 125: 로드
126: 가변 플레이트 구동부 132: 하부 챔버
134, 134a, 134b: 중간 챔버 136: 상부 챔버
138: 개스킷 140: 제어기
144a, 144b, 144c: 충전 밸브 146a, 146b, 146c: 방출 밸브
200: 하부 구조물
210: 도전 패턴 220, 302: 층간 절연막
225, 350: 개구부 240: 금속막
232, 367: 배리어 도전 패턴 242: 금속 충진 패턴
304: 희생막 305: 불순물 영역
306: 층간 절연 패턴 308: 희생 패턴
310: 채널 홀 320: 수직 채널 구조체
322: 유전막 구조물 324: 채널
326: 충진 패턴 330: 캡핑 패드
340: 제1 상부 절연막 360: 갭
380: 스페이서 385: 커팅 패턴
390: 제2 상부 절연막 395: 비트 라인 콘택
10: process chamber 20: chamber
22: outlet 24: gate valve
26: exhaust port 30: substrate support
32: heater 40: shower head
42: first introduction furnace 43: second introduction furnace
44: upper space 45: lower space
46: first gas discharge passage 47: second gas discharge passage
50: exhaust device 100: source gas supply
102: source gas source
104, 104a, 104b, 104c: first flow controller
106, 116: supply control valve 107: source gas supply line
108: first introduction control valve 110: reaction gas supply
111: filling line 112: reaction gas source
113a, 113b, 113c: charge distribution line
114, 114a, 114b, 114c: second flow controller
115a, 115b, 115c: emission distribution lines
117: reaction gas supply line 118: second introduction control valve
120, 120a, 120b, 120c, 130: variable displacement filling tank
121: base 122: filling chamber
124: variable plate 125: rod
126: variable plate drive 132: lower chamber
134, 134a, 134b: intermediate chamber 136: upper chamber
138: gasket 140: controller
144a, 144b, and 144c: filling valves 146a, 146b and 146c: discharge valves
200: substructure
210: conductive pattern 220, 302: interlayer insulating film
225, 350: opening 240: metal film
232, 367: barrier conductive pattern 242: metal filling pattern
304: sacrificial film 305: impurity region
306: interlayer insulation pattern 308: sacrificial pattern
310: channel hole 320: vertical channel structure
322 dielectric layer structure 324 channels
326: filling pattern 330: capping pad
340: first upper insulating film 360: gap
380: spacer 385: cutting pattern
390: second upper insulating film 395: bit line contact

Claims (10)

공정 챔버 내에 기판을 로딩하고
적어도 하나의 가변 용량형 충전 탱크의 충전 체적을 조정하고
가스를 상기 가변 용량형 충전 탱크에 충전시키고 그리고
상기 충전된 가스를 상기 공정 챔버 내에 도입하는 것을포함하는 박막 증착 방법.
Load the substrate into the process chamber
Adjust the filling volume of at least one variable displacement filling tank
Charging gas into the variable displacement filling tank and
And introducing said filled gas into said process chamber.
제 1 항에 있어서, 상기 가변 용량형 충전 탱크의 충전 체적을 조정하는 것은
충전 챔버 내에 외측부가 상기 충전 챔버의 내측면과 밀폐된 상태에서 승하강 가능하도록 가변 플레이트를 설치하고 그리고
원하는 충전 체적을 갖도록 상기 가변 플레이트를 이동시키는 것을 포함하는 박막 증착 방법.
The method of claim 1, wherein adjusting the filling volume of the variable displacement filling tank
A variable plate is installed in the filling chamber so that the outer side can be lifted and lowered in a state in which the outer side is closed with the inner surface of the filling chamber, and
Thin film deposition method comprising moving said variable plate to have a desired fill volume.
제 1 항에 있어서, 상기 가변 용량형 충전 탱크의 충전 체적을 조정하는 것은
서로 탈착 가능하도록 결합되는 복수 개의 단위 챔버들을 마련하고 그리고
원하는 충전 체적을 갖도록 상기 단위 챔버들 중 일부를 선택하여 결합시키는 것을 포함하는 박막 증착 방법.
The method of claim 1, wherein adjusting the filling volume of the variable displacement filling tank
Providing a plurality of unit chambers detachably coupled to each other, and
And depositing some of said unit chambers to have a desired fill volume.
제 1 항에 있어서, 상기 가스를 상기 가변 용량형 충전 탱크에 충전시키는 것은 가스 공급원으로부터 공급된 상기 가스를 복수 개의 가변 용량형 충전 탱크들에 각각 충전시키는 것을 포함하는 박막 증착 방법.2. The method of claim 1, wherein charging the gas into the variable capacity fill tank comprises filling the gas supplied from a gas source into a plurality of variable capacity fill tanks, respectively. 제 4 항에 있어서, 상기 가변 용량형 충전 탱크들은 상기 가스 공급원과 연결된 충전 라인에 병렬로 연결된 충전 분배 라인들에 각각 연결된 박막 증착 방법.5. The method of claim 4, wherein the variable displacement fill tanks are each connected to charge distribution lines connected in parallel to a charge line connected to the gas source. 제 4 항에 있어서, 상기 충전된 가스를 상기 공정 챔버 내에 도입하는 것은
상기 복수 개의 가변 용량형 충전 탱크들로부터 상기 가스를 동시에 또는 순차적으로 방출시키고 그리고
상기 방출된 가스들을 상기 공정 챔버와 연결된 공급 라인으로 도입시키는 것을 포함하는 박막 증착 방법.
5. The method of claim 4, wherein introducing the filled gas into the process chamber
Simultaneously or sequentially discharging the gas from the plurality of variable displacement fill tanks and
Introducing the released gases into a supply line connected with the process chamber.
제 6 항에 있어서, 상기 가변형 충전 탱크들은 상기 공급 라인에 병렬로 연결된 방출 분배 라인들에 각각 연결된 박막 증착 방법.7. The method of claim 6 wherein the variable fill tanks are each connected to discharge distribution lines connected in parallel to the supply line. 제 1 항에 있어서, 상기 가스는 소스 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스 중 적어도 어느 하나를 포함하는 박막 증착 방법.The method of claim 1, wherein the gas comprises at least one of a source gas, a reactive gas, and a purge gas. 제 8 항에 있어서, 상기 소스 가스는 텅스텐 전구체를 포함하고, 상기 반응 가스는 붕소를 포함하는 박막 증착방법.9. The method of claim 8, wherein the source gas comprises a tungsten precursor and the reaction gas comprises boron. 제 1 항에 있어서, 상기 가스는 가스 공급원과 연결된 충전 라인에 설치된 유량 제어기를 통해 상기 충전 탱크로 도입되는 박막 증착 방법.

The method of claim 1, wherein the gas is introduced into the filling tank through a flow controller installed in a filling line connected to a gas source.

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