WO2017057871A1 - 원자층 증착 장치 및 원자층 증착 방법 - Google Patents

원자층 증착 장치 및 원자층 증착 방법 Download PDF

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    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268

Definitions

  • the present invention relates to an atomic layer deposition apparatus and an atomic layer deposition method, and more particularly, to an atomic layer deposition apparatus and atomic layer deposition, which perform atomic layer deposition using a metal halogen compound generated by itself through metal target etching in a reactor. It is about a method.
  • the thin film that can be deposited through atomic layer deposition is mostly possible when a raw material is provided that can sufficiently induce a reaction between the raw material gases at a specific temperature such as metal oxide or metal nitride.
  • the supply of sufficient raw material during atomic layer deposition is a prerequisite for obtaining an effective thin film deposition result.
  • many efforts have been made to develop a raw material precursor having a sufficient equilibrium vapor pressure. This is because the equilibrium vapor pressure should be sufficient, but it is possible to supply sufficient raw material gas into the reactor and to allow stable operation of the deposition equipment.
  • Metal halide compounds can be used as precursors because they have excellent adsorption properties and little impurities such as carbon and hydrogen are involved in the raw materials, but in many cases, they can be used as raw materials at low temperatures of less than 150 ° C. There is a disadvantage in that it is not easily condensed or transferred well in the process of delivery. Due to these drawbacks, there have been limitations to be used as a raw material even in atomic layer deposition or general chemical vapor deposition (CVD). Thus, most atomic layer deposition processes have been carried out using metal organic compounds.
  • an object of the present invention is to easily form an atomic layer thin film by self-forming a metal halide compound in a reactor without using a separate metal precursor raw material outside the reactor by using dual plasma and target etching. It is an object of the present invention to provide an apparatus and an atomic layer deposition method.
  • these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.
  • an atomic layer deposition apparatus includes a vacuum chamber; A substrate support disposed in the vacuum chamber and on which a substrate is seated; A source including a metal target disposed opposite the substrate support in the vacuum chamber and a first gas injection unit for supplying a first gas including an etching gas for etching the metal target to generate a source gas; Gas supply unit; And a reaction gas supply unit coupled to the vacuum chamber and supplying a second gas including a reaction gas on the substrate, wherein the source gas and the reaction gas may be alternately supplied on the substrate.
  • the etching gas includes a halogen gas
  • the source gas includes a metal halide compound formed by etching the metal target using the halogen gas
  • the first gas and the first At least one of the two gases may further include an inert purge gas.
  • the source gas supply unit may include an upper electrode and a lower electrode, and the metal target may be formed on at least one surface of each of the upper electrode and the lower electrode.
  • the reaction gas supply unit includes a plurality of gas nozzles spaced apart from each other on the substrate support, wherein the plurality of gas nozzles function as ground electrodes of the source gas supply unit and the reaction gas supply unit
  • the source gas may be formed on the plurality of gas nozzles to pass through the plurality of gas nozzles and be provided on the substrate support.
  • the source gas supply unit includes an upper electrode to which a first power is applied to the plurality of nozzles to form a first plasma using the etching gas, the reaction gas supply unit the reaction A second power source may be applied to the substrate support to form a second plasma using gas.
  • the source gas supply unit and the reaction gas supply unit are disposed one or a plurality of alternately space-divided on the substrate support, the substrate support under the source gas supply unit and the reaction gas supply unit It can rotate or reciprocate.
  • the forming of the unit thin film may include supplying the reaction gas into the reaction gas supply unit; And applying a second power source to the substrate support to form a second plasma using the reaction gas.
  • the step of blocking the supply of the etching gas, the first purge by supplying a first inert gas into the source gas supply unit; And forming a thin film and supplying a second inert gas into the reaction gas supply unit to purge the second film.
  • the gas may be mixed with Ar, He, N 2 , O 2 , and the like, and the reaction gas may include hydrogen (H 2 ), ammonia (NH 3 ), nitrogen (N 2 ), oxygen (O 2 ), and ozone (O). 3 ), water (H 2 O) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) It may include one or more.
  • an atomic layer deposition apparatus and an atomic layer deposition method are provided.
  • the process is simple by using dual plasma and target etching in one chamber in an in-situ form, and an atomic layer deposition thin film may be manufactured using a metal halide compound formed in a reactor without supplying an external metal precursor.
  • the scope of the present invention is not limited by these effects.
  • FIG. 1 to 5 are cross-sectional views schematically showing an atomic layer deposition method using an atomic layer deposition apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6 is a schematic diagram of an atomic layer deposition method according to an embodiment of the present invention It is a process flowchart illustrated by.
  • an atomic layer deposition apparatus 100 may be described.
  • the atomic layer deposition apparatus 100 is composed of one vacuum chamber 102.
  • a vacuum pump (not shown) for maintaining a vacuum state inside the vacuum chamber 102 along the pipe 140 and the pipe 140 may be connected to one side of the vacuum chamber 102.
  • the atomic layer deposition apparatus 100 may include a source gas supply unit 110 and a reaction gas supply unit 120.
  • the source gas supply unit 110 and the reactive gas supply unit 120 may be disposed in different spaces in one chamber to perform each process, and the source gas supply unit may be based on the plurality of gas nozzles 124 which will be described later. 110 and the reaction gas supply unit 120 may be divided.
  • a first gas injection unit 114 a first power supply device 112, and a metal target 116 may be provided.
  • the etching gas supplied to the first gas injection unit 114 may include a halogen gas, for example, fluorine (F 2 ), nitrogen trifluoride (NF 3 ), chlorine (Cl 2 ), and bromine (Br 2). ) And iodine (I 2 ).
  • the first power supply 112 serves to supply the first power to the electrode provided in the source gas supply unit 110.
  • the first power supply 112 may use, for example, one of a direct current (DC) or a radio frequency (RF) power supply.
  • the electrode may be divided into an upper electrode and a lower electrode, and a metal target may be formed on at least one surface of each of the upper electrode and the lower electrode.
  • the first gas including the etching gas supplied into the source gas supply unit 110 is ionized and thus, the first gas is ionized.
  • Plasma P1 may occur.
  • the metal target 116 mounted in the vacuum chamber 102 may be etched by the generated first plasma P2, and particles of the etched metal target 116 are separated to ionize an etch gas or an etch gas supplied thereto. And at least a portion may react to form a metal compound.
  • the metal compound may be a metal halogen compound when halogen gas is used as an etching gas.
  • the second power supply 122 performs the same function as the first power supply 112, and when the second power is applied to the substrate support 130, the second power supply 122 includes a reaction gas supplied into the vacuum chamber 102. As the second gas is partially excited or ionized, the second plasma P2 may be generated. Radicals or ions generated by this reaction may react with the source gas adsorbed on the substrate 134 to form thin films having different components. Here, the thickness of the atomic layer may be adjusted by alternately supplying the source gas and the reactant gas onto the substrate 134 in order to obtain desired physical properties of the thin film.
  • an atomic layer deposition method is a method of depositing a thin film by repeating a unit cycle a plurality of times.
  • the unit cycle includes a source gas supply unit 110 provided in a vacuum chamber 102. Adsorbing the source gas formed by etching the metal target 116 disposed on the substrate using the etching gas supplied into the source gas supply unit 110 on the substrate 134 seated on the substrate support 130 (S10). And supplying the reaction gas onto the substrate 134 through the reaction gas supply unit 120 disposed in the vacuum chamber 102 to form a unit thin film on the substrate 134 (S20).
  • the first plasma P1 and the second plasma P2 formed in different spaces in the same vacuum chamber 102 minimize contamination of the inside of the vacuum chamber 102 by the highly reactive etching gas. In this way, there is an effect that can lengthen the maintenance period of the vacuum chamber 102 accordingly.
  • the substrate 134 may be prepared on the substrate support 130 disposed in the vacuum chamber 102.
  • the substrate 134 may include a wafer made of silicon, silicon germanium, silicon carbon, gallium arsenide, or a III-V compound semiconductor material. After mounting of the substrate 134 is completed, the vacuum of the vacuum chamber 102 is maintained by an exhaust pump connected to the vacuum chamber 102.
  • the first gas G1 may further include an inert purge gas.
  • the first plasma P1 may be generated.
  • the metal target 116 mounted in the vacuum chamber 102 may be etched by the generated first plasma P1.
  • the first gas G1 or ionized first gas G1 ions and the particles of the etched metal target 116 may react with each other to form a metal compound. If the metal compound is halogen gas, a metal halogen compound can be formed.
  • the reaction temperature is increased by the heater 132 provided in the substrate support 130, it may also help to improve adhesion between the metal compound and the substrate 134. After that, the reaction with the ions generated by the reaction gas may also be easily performed.
  • the first gas G1 supplied into the vacuum chamber 102 may be first purged.
  • the first gas G1 supplied into the vacuum chamber 102 is blocked through the first gas injection unit 114.
  • an inert gas including one of argon (Ar) or nitrogen (N 2 ) is introduced into the vacuum chamber 102 using the first gas injection unit 114 or the plurality of gas nozzles 124.
  • Can supply All of the first gas G1 in the vacuum chamber 102 may be purged with the supplied inert gas.
  • the purging with the inert gas may then serve as a carrier so that the reaction gas can be provided evenly dispersed on the substrate.
  • radicals or ions generated by the second plasma P2 may react with the metal compound adsorbed on the substrate to form a thin film.
  • the first gas G1 supplied into the vacuum chamber 102 for example, argon (Ar) gas is flowed through the first gas injection unit 114.
  • the second gas G2 including the reactive gas may be supplied in the arrow direction through the plurality of gas nozzles 124.
  • the reaction gas is, for example, hydrogen (H 2 ), ammonia (NH 3 ), nitrogen (N 2 ), oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), water (H 2 O) and hydrogen peroxide (H 2 O). 2 ) and combinations thereof, or other specific chemicals capable of reacting with metal halide compounds.
  • the second gas G2 may further include an inert purge gas in addition to the reaction gas.
  • the first plasma P1 When the second power is applied to the substrate support of the reaction gas supply unit 120, as the second gas G2 including the reaction gas supplied in the reaction gas supply unit 120 is excited or ionized, the first plasma P1 The second plasma P2 may be generated in different spaces.
  • the plurality of gas nozzles 124 may function as a ground electrode of the reaction gas supply unit 120, and may be formed of a substrate (eg, by radicals or ions such as H * or N * generated by the second plasma P2). Reaction with the metal compound adsorbed to 134) to form a unit thin film.
  • the unit thin film is easily formed by the radicals or ions. It may be formed.
  • the second gas G2 supplied into the vacuum chamber 102 may be secondary purged.
  • An inert gas may be supplied through the first gas injection unit 114 and the plurality of gas nozzles 124 to purge all of the second gas G2 supplied in the vacuum chamber 102.
  • the unit cycle including the atomic layer deposition method illustrated in FIGS. 1 to 5 may be repeatedly performed at least once. This can be appropriately designed according to the characteristics of the thin film.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of an atomic layer deposition apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the atomic layer deposition apparatus 200 is spaced apart from the vacuum chamber 102, the substrate support 130 and the substrate support 130 disposed in the vacuum chamber 102. And a metal target 116 in an inner space facing the substrate support 130, and the metal target 116 is etched using a first gas including an etching gas on the substrate support 130. It may include a source gas supply unit 110 that can supply a source gas.
  • a reaction gas supply unit 120 coupled to the same vacuum chamber 102 and supplying a second gas including a reaction gas to induce a reaction on the surface of the substrate 134 on which the source gas is adsorbed may be included.
  • the reaction gas supply unit 120 may be disposed to be symmetrical with the source gas supply unit 110 based on the rotation axis of the substrate support 130. Detailed description of the reaction gas supply unit 120 is omitted because the function and structure is similar to the content of the atomic layer deposition apparatus 100 described above with reference to FIG.
  • the first gas G1 including the etching gas may be supplied into the source gas supply unit 110 through the first gas injection unit 114. have. Subsequently, when the first power is applied to the upper electrode of the source gas supply unit 110, the first gas G1 may be excited or ionized to etch the metal target 116 of the source gas supply unit 110 to form the source gas. Can be. The source gas is moved through the plurality of holes 126, and may be adsorbed on the surface of the substrate 134.
  • the first gas G1 including the etching gas and the second gas G2 including the reactive gas are mutually different.
  • a purge gas supply unit (not shown) capable of supplying a purge gas may be disposed between the source gas supply unit 110 and the reactive gas supply unit 120.
  • the basic structure of the 1st gas G1, the 2nd gas G2, and the atomic layer deposition apparatus used at the time of an atomic layer deposition process is the same as that mentioned above with reference to FIGS. 1-5, detailed description is abbreviate
  • the metal target 116 mounted in one vacuum chamber 102 is etched with an etching gas to be adsorbed onto the substrate 134, and then ion ions of the reaction gas are different from the etching space. And a metal halogen compound adsorbed on the substrate 134 to deposit a unit thin film.
  • the deposition method based on the gas phase reaction is chemically adsorbed in a single layer because the compound-type molecules are directly deposited on the substrate by being supplied in a metal atom like a physical deposition method. This makes it impossible to implement surface saturation to prevent further adsorption. This causes more atoms to be deposited in the superstructure facing the gas phase, resulting in poor coverage of the thin film.
  • the atomic layer deposition apparatus of the present invention supplies an etching gas containing a halogen gas into the chamber to etch the metal target to form a raw material gas containing metal atoms.
  • the electrode includes a source gas supply unit including a metal target and a reaction gas supply unit including a plurality of gas nozzles integrally formed with the metal target.
  • the metal halogen compound formed in the source gas supply unit passes through the plurality of gas nozzles and is adsorbed in the form of a monoatomic layer on the substrate. Subsequently, radicals or ions generated from the reaction gas supply part react with the metal halogen compound adsorbed on the substrate to form a thin film having different components.
  • the process of forming the thin film is a surface saturation which prevents further adsorption. By implementing this there is an effect that can improve the step coverage of the thin film.
  • uniform film formation can be obtained by inducing a surface reaction using only the halogen element adsorbed by blocking the supply of halogen gas when performing a reduction reaction to form a film.
  • Chemical reaction processes related to film formation occurring on the surface are as follows, for example, when using fluorine (F).
  • the metal halide compound is usually in a solid phase, which is difficult to supply into the reactor, and the apparatus and process may be complicated and expensive, but according to the present invention, without supplying a separate liquid metal raw material, in the reaction chamber
  • a metal halogen compound by self etching, at least one of a metal film, an oxide film, and a nitride film can be easily formed according to the type of the reaction gas.
  • the unit thin film can be formed using a single plasma unit unit thin film, the efficiency of the working space and the chamber can be designed small, so that the process cost and manufacturing cost can be lowered.

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Abstract

본 발명은 진공챔버; 상기 진공챔버 내에 배치되고 기판이 안착되는 기판지지체; 상기 진공챔버 내에 상기 기판지지체와 대향되게 배치된 금속타겟(target) 및 상기 금속타겟을 식각하여 소스가스를 생성하기 위한 식각가스를 포함하는 제 1 가스를 공급하기 위한 제 1 가스주입부를 포함하는 소스가스공급부; 및 상기 진공챔버에 결합되며, 상기 기판 상에 반응가스를 포함하는 제 2 가스를 공급하는 반응가스공급부;를 포함하고, 상기 소스가스와 상기 반응가스는 상기 기판 상에 교번하여 공급되는 원자층 증착 장치 및 원자층 증착 방법을 제공한다.

Description

원자층 증착 장치 및 원자층 증착 방법
본 발명은 원자층 증착 장치 및 원자층 증착 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 반응기내 금속타겟 식각을 통해 자체 생성된 금속할로겐 화합물을 이용하여 원자층 증착을 수행하는 원자층 증착 장치 및 원자층 증착 방법에 관한 것이다.
원자층 증착을 통하여 증착할 수 있는 박막은 대부분 금속 산화물이나 금속 질화물 등 특정온도에서 원료 기체간의 반응을 충분히 유도할 수 있는 원료물질이 구비되는 경우에 가능하다. 원자층 증착시에 충분한 원료 물질의 공급은 효과적인 박막 증착 결과를 얻기 위한 필수 조건이어서, 지금까지도 충분한 평형증기압을 가지는 원료 전구체를 개발하기 위한 많은 노력이 수행되어 지고 있다. 이는 평형 증기압이 충분해야지만, 반응기내로 충분한 원료 기체를 공급할 수 있고, 증착 설비의 안정적인 운영이 가능하기 때문이다. 금속 할로겐 화합물은 흡착 특성도 우수하고 원료 물질에 탄소, 수소 등의 불순물이 개입될 여지도 적어서 원료 전구체로 사용될 수 있으나, 많은 경우에 150℃ 미만의 낮은 온도에서도 고체 형태로 존재하면서 증기압이 낮아서 반응기까지 전달되는 과정에서 쉽게 응축되거나 잘 전달되지 않는 단점이 있다. 이런 단점 때문에 지금까지 원자층 증착이나, 일반적인 CVD(Chemical Vapor Deposition)에서도 원료 물질로 사용되는데 제약이 있었으며, 따라서 대부분의 원자층 증착 공정이 금속 유기 화합물을 이용하는 공정으로 진행되어 왔다.
본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 듀얼 플라즈마와 타겟 에칭을 이용해 반응기 밖에서 별도의 금속 전구체 원료의 공급 없이도 손쉽게 금속할로겐 화합물을 반응기 내부에서 자체 형성하여 원자층 박막 증착을 이루게 하는 장치 및 원자층 증착 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 원자층 증착 장치가 제공된다. 상기 원자층 증착 장치는 진공챔버; 상기 진공챔버 내에 배치되고 기판이 안착되는 기판지지체; 상기 진공챔버 내에 상기 기판지지체와 대향되게 배치된 금속타겟(target) 및 상기 금속타겟을 식각하여 소스가스를 생성하기 위한 식각가스를 포함하는 제 1 가스를 공급하기 위한 제 1 가스주입부를 포함하는 소스가스공급부; 및 상기 진공챔버에 결합되며, 상기 기판 상에 반응가스를 포함하는 제 2 가스를 공급하는 반응가스공급부;를 포함하고, 상기 소스가스와 상기 반응가스는 상기 기판 상에 교번하여 공급될 수 있다.
상기 원자층 증착 장치에 있어서, 상기 식각가스는 할로겐 가스를 포함하고, 상기 소스가스는 상기 할로겐 가스를 이용하여 상기 금속타겟을 식각하여 생성된 금속 할로겐 화합물을 포함하고, 상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스 중 적어도 어느 하나는 불활성 퍼지가스를 더 포함할 수 있다.
상기 원자층 증착 장치에 있어서, 상기 반응가스공급부는 상기 기판지지체와 상기 소스가스공급부 사이에 배치된 것일 수 있다.
상기 원자층 증착 장치에 있어서, 상기 소스가스공급부는 상부전극과 하부전극을 구비하며, 상기 상부전극과 상기 하부전극 각각의 적어도 일면에 상기 금속타겟이 형성된 것일 수 있다.
상기 원자층 증착 장치에 있어서, 상기 반응가스공급부는 상기 기판지지체 상에 서로 이격 배치된 복수의 가스노즐들을 포함하고, 상기 복수의 가스 노즐들은 상기 소스가스공급부 및 상기 반응가스공급부의 접지 전극으로 기능하며, 상기 소스가스는 상기 복수의 가스노즐들 상에서 형성되어 상기 복수의 가스 노즐들 사이를 통과하여 상기 기판지지체 상에 제공될 수 있다.
상기 원자층 증착 장치에 있어서, 상기 소스가스공급부는 상기 식각가스를 이용한 제 1 플라즈마 형성을 위해 상기 복수의 노즐들 상에 제 1 전원이 인가되는 상부전극을 포함하고, 상기 반응가스공급부는 상기 반응가스를 이용한 제 2 플라즈마 형성을 위해서 상기 기판지지체에 제 2 전원이 인가되는 것일 수 있다.
상기 원자층 증착 장치에 있어서, 상기 소스가스공급부 및 상기 반응가스공급부는 상기 기판지지체 상에 공간분할식으로 교번하여 하나 또는 복수개 배치되고, 상기 기판 지지체는 상기 소스가스공급부 및 상기 반응가스공급부 아래에서회전 또는 왕복운동할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 원자층 증착 방법이 제공된다. 상기 원자층 증착 방법은 단위 사이클을 복수회 반복하여 박막을 증착하는 방법으로서, 상기 단위 사이클은, 진공챔버 내에 구비된 소스가스공급부에 배치된 금속타겟을 상기 소스가스공급부 내에 공급된 식각가스를 이용하여 식각함으로써 형성된 소스가스를 기판지지체 상에 안착된 기판 상에 흡착시키는 단계; 및 상기 진공챔버 내에 배치된 반응가스공급부를 통해서 상기 기판 상에 반응가스를 공급하여 상기 기판 상에 단위 박막을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 원자층 증착 방법에 있어서, 상기 흡착시키는 단계는, 상기 식각가스를 상기 소스가스공급부 내에 공급하는 단계; 상기 소스가스공급부에 구비된 상부전극에 제 1 전원을 인가하여 상기 금속타겟을 상기 식각가스로 식각함으로써 상기 소스가스를 형성하는 단계; 및 상기 소스가스를 하부전극들 사이를 통해서 상기 기판 상에 흡착시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 원자층 증착 방법에 있어서, 상기 단위 박막을 형성하는 단계는, 상기 반응가스공급부 내에 상기 반응가스를 공급하는 단계; 및 상기 기판지지체에 제 2 전원을 인가하여 상기 반응가스를 이용한 제 2 플라즈마를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 원자층 증착 방법에 있어서, 상기 식각가스의 공급을 차단하고, 상기 소스가스공급부 내에 제 1 불활성 기체를 공급하여 1차 퍼지하는 단계; 및 상기 박막을 형성한 후 반응가스공급부 내에 제 2 불활성 기체를 공급하여 2차 퍼지하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 원자층 증착 방법에 있어서, 상기 식각가스는 불소(F2), 삼불화질소(NF3), 염소(Cl2), 브롬(Br2), 요오드(I2), 탄화불소 화합물(CxF2x +2, X=1,2,3), CF3Cl, CF2Cl2, CHF3, SiF4, SF6, HCl, HF, CCl4 및 BCl3 중 하나 이상을 포함한 기체이며, 또는 이에 더하여 Ar, He, N2, O2 등과 혼합된 기체일 수 있으며, 상기 반응가스는 수소(H2), 암모니아(NH3), 질소(N2), 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O) 및 과산화수소수(H2O2) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 원자층 증착 장치 및 원자층 증착 방법을 제공한다. 인-시튜 형태로 하나의 챔버 안에서 듀얼 플라즈마와 타겟 에칭을 이용해 공정이 단순하며, 별도의 외부 금속 전구체의 공급없이 반응기내에서 형성된 금속 할로겐 화합물을 이용하여 원자층 증착 박막을 제조할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치를 이용하여 박막 증착 방법을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 방법을 개략적으로 도해하는 공정 순서도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자층 증착 장치를 개략적으로 도해하는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치를 이용하여 원자층 증착 방법을 개략적으로 도시하는 단면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 방법을 개략적으로 도해하는 공정 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 원자층 증착 장치(100)를 설명할 수 있다. 예를 들어, 원자층 증착 장치(100)는 하나의 진공챔버(102)로 이루어져 있다. 진공챔버(102)의 일측면에 배관(140) 및 배관(140)을 따라 진공챔버(102) 내부의 진공상태를 유지하기 위한 진공펌프(미도시)가 연결될 수 있다.
상기 배관(140) 또는 진공펌프(미도시)와 간섭되지 않도록 기판지지체(130)가 형성될 수 있다. 여기서, 진공펌프는 예를 들어, 로타리펌프, 확산펌프, 터보분자펌프 및 크라이오펌프 중 하나를 선택할 수 있으며, 챔버의 크기 및 공정속도에 맞게 펌프의 수량을 선택할 수 있으며, 배기성능을 만족하는 진공펌프를 설계할 수 있다. 기판지지체(130)는 진공챔버(102) 내에 배치되고, 기판(134)이 안착될 수 있다. 기판지지체(130)는 기판(134)을 고정시켜주는 기능 이외에 기판(134) 상에 증착된 박막의 결정화 또는 기판(134)과 박막의 접착력 향상을 위해 온도를 조절할 수 있는 히터(132)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 원자층 증착 장치(100)는 소스가스공급부(110)와 반응가스공급부(120)를 포함할 수 있다. 소스가스공급부(110)와 반응가스공급부(120)는 하나의 챔버에서 서로 다른 공간에 위치하여 각 공정을 수행할 수 있으며, 후술하게 될 복수의 가스노즐들(124)을 기준으로 소스가스공급부(110) 및 반응가스공급부(120)로 구분될 수 있다.
먼저, 소스가스공급부(110)를 살펴보면, 제 1 가스주입부(114), 제 1 전원공급장치(112) 및 금속타겟(116)을 구비할 수 있다. 제 1 가스주입부(114)로 공급되는 식각가스는 할로겐 가스를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 불소(F2), 삼불화질소(NF3), 염소(Cl2), 브롬(Br2) 및 요오드(I2) 중 하나를 포함할 수 있다.
제 1 전원공급장치(112)는 소스가스공급부(110)에 구비된 전극에 제 1 전원을 공급하는 기능을 한다. 제 1 전원공급장치(112)는 예를 들어, 직류(DC) 또는 무선 주파수(RF) 파워 서플라이 중 하나를 사용할 수 있다. 여기서, 전극은 상부전극과 하부전극으로 구분될 수 있으며, 상기 상부전극과 상기 하부전극 각각의 적어도 일면에는 금속타겟(target)이 형성될 수 있다.
즉, 소스가스공급부(110)의 상부와 하부에는 전극이 각각 형성될 수 있으며, 상부전극의 하면과 하부전극의 상면에는 각각 금속타겟이 배치될 수 있다. 따라서, 이하에서는 상부전극과 하부전극은 금속타겟(116)으로 이해될 수 있다. 금속타겟(116)은 제 1 전원공급장치(112)가 직접 연결되는 전극 또는 복수의 가스노즐들(124) 상에 구비될 수 있다. 금속타겟(116)은 크기가 작은 유닛으로 장착되거나 작은 단위를 조립하여 큰 유닛으로 장착될 수 있다. 또한 금속타겟(116)의 뒷면에는 냉각수가 공급되어 금속타겟이 에칭될 때 온도가 높아지는 것을 방지할 수 있다.
소스가스공급부(110)의 상부전극에 제 1 전원을 인가하면, 진공챔버(102) 내에 공급되는 식각가스의 일부가 여기되거나 또는 이온화 됨으로써 금속타겟(116)을 식각할 수 있다. 여기서, 식각가스가 여기되거나 또는 이온화 된 것은 예를 들어, 플라즈마로 이해될 수 있다.
예를 들면, 소스가스공급부(110)의 상부전극에 제 1 전원을 인가하고, 하부전극은 접지될 경우, 소스가스공급부(110) 내에 공급된 식각가스를 포함하는 제 1 가스가 이온화되면서 제 1 플라즈마(P1)가 발생할 수 있다. 생성된 제 1 플라즈마(P2)에 의해 진공챔버(102) 내에 장착된 금속타겟(116)을 식각할 수 있으며, 식각된 금속타겟(116)의 입자가 떨어져 나와 이온화된 식각가스 또는 공급되는 식각가스와 적어도 일부가 반응하여 금속 화합물을 형성할 수 있다. 금속 화합물은 식각가스로 할로겐 가스를 사용하게 되면 금속할로겐 화합물이 될 수 있다.
여기에서, 상기 금속 화합물은 소스가스로 이해될 수 있다. 상기 금속할로겐 화합물은 금속을 함유하는 할로겐 화합물로서, 일반적으로 저온에서 고체인 경우가 많아 화학적 반발을 통해 단원자층으로 흡착을 구현하기가 매우 어려운 재료이다. 반면에, 본 발명의 원자층 증착 장치(100)는 인-시튜 형태로 하나의 챔버 안에서 듀얼 플라즈마와 타겟을 에칭함으로써 공정이 매우 단순하며, 외부에서 금속 전구체의 공급없이 반응기 내에서 형성된 금속을 함유하는 할로겐 화합물을 이용함으로써 양질의 박막을 쉽게 구현할 수 있다.
한편, 반응가스공급부(120)는 복수의 가스노즐들(124), 기판지지체(130) 및 제 2 전원공급장치(122)를 구비할 수 있다. 복수의 가스노즐들(124)을 기준으로 소스가스공급부(110)와 반응가스공급부(120)로 구분될 수 있다. 예를 들어, 진공챔버(102)의 하단부에 기판(134)이 위치하게 되면, 그에 대향하는 진공챔버(102)의 상단부에 소스가스공급부(110)가 위치할 수 있다. 반응가스공급부(120)는 소스가스공급부(110)와 기판(134) 사이, 즉, 진공챔버(102)의 중단부에 위치할 수 있다.
소스가스공급부(110)에서 생성된 소스가스는 복수의 홀(126)을 통과하여 기판지지체(130) 상에 제공될 수 있으며, 기판지지체(130) 상에 기판(134)이 안착될 경우, 기판(134)의 표면 상에 소스가스가 흡착될 수 있다. 여기서, 복수의 홀(126)은 복수의 가스노즐들(124)의 사이로서, 복수의 가스노즐들(124)에 의해 형성된 통로를 의미한다.
제 2 전원공급장치(122)는 제 1 전원공급장치(112)와 같은 기능을 수행하며, 기판지지체(130)에 제 2 전원을 인가하면, 진공챔버(102)내에 공급되는 반응가스를 포함하는 제 2 가스가 일부 여기되거나 또는 이온화됨에 따라 제 2 플라즈마(P2)가 생성될 수 있다. 이에 의해 발생되는 라디칼 또는 이온이 기판(134) 상에 흡착된 소스가스와 반응하여 성분이 다른 박막을 형성할 수도 있다. 여기서, 원하는 박막의 물성을 얻기 위해서 소스가스와 반응가스를 기판(134) 상에 교번하여 공급함으로써 원자층의 두께를 조절할 수 있다.
또한, 기판지지체(130)는 제 2 전원공급장치(122)가 직접 연결되는 전극 및 히터(132)를 구비할 수 있다. 히터(132)는 웨이퍼를 지지하거나 가열하기 위한 것으로서, 히터(132)는 예를 들어, 세라믹 소재로 이루어진 히터나 시스히터로 구성될 수 있다. 세라믹 소재로 이루어진 히터의 경우, 고온에서 장시간 운전에도 부식 등의 문제가 발생하지 않을 수 있다. 세라믹 기판지지체의 내부에 발열체가 매설된 형태로 세라믹 기판지지체와 발열체가 일체형으로 구성될 수 있다.
반면에, 시스히터와 같은 경우는, 고온에 장시간 노출되거나 할로겐 가스와 같이 반응성이 큰 물질과 접촉시 부식 등의 문제가 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명에 의하면, 식각가스를 이용한 금속 화합물을 형성하는 공간이 소스가스공급부(110)에서 처리를 함으로써, 기판(134) 상에 직접 식각가스가 접촉하지 않아 부식이 적다는 장점이 있다. 그에 따라 히터(132) 등과 같은 부식성 부품들의 교체주기 또한 증가하여 비용절감 효과를 극대화할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 원자층 증착 방법은 단위 사이클을 복수회 반복하여 박막을 증착하는 방법으로서, 상기 단위 사이클은 진공챔버(102) 내에 구비된 소스가스공급부(110)에 배치된 금속타겟(116)을 소스가스공급부(110) 내에 공급된 식각가스를 이용하여 식각함으로써 형성된 소스가스를 기판지지체(130) 상에 안착된 기판(134) 상에 흡착시키는 단계(S10)와 진공챔버(102) 내에 배치된 반응가스공급부(120)를 통해서 기판(134) 상에 반응가스를 공급하여 기판(134) 상에 단위 박막을 형성하는 단계(S20)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 동일한 진공챔버(102) 내에서 서로 다른 공간에서 형성되는 제 1 플라즈마(P1)와 제 2 플라즈마(P2)는 반응성이 매우 강한 식각가스에 의한 진공챔버(102) 내부의 오염을 최소화 할 수 있고, 그에 따른 진공챔버(102)의 유지보수(maintenance) 주기를 길게 할 수 있는 효과가 있다.
상기 원자층 증착 방법은 도 1 내지 도 5를 참조하여 상세하게 설명할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 원자층 증착 방법은 진공챔버(102) 내부에 배치된 기판지지체(130) 상에 기판(134)을 준비할 수 있다. 기판(134)은 실리콘, 실리콘 게르마늄, 실리콘 카본, 갈륨 비소, Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 물질 등으로 이루어진 웨이퍼를 포함할 수 있다. 기판(134) 장착이 완료된 후 진공챔버(102)에 연결된 배기펌프로 진공챔버(102)의 진공상태를 유지한다.
이후에 소스가스공급부(110)의 상부전극에 제 1 전원이 인가됨에 따라 식각가스를 포함하는 제 1 가스가 여기되거나 일부 이온화됨에 따라 금속타겟(116)을 식각하여 형성된 금속 화합물을 기판(134) 상에 흡착할 수 있다. 즉, 진공이 유지되는 진공챔버(102)에 제 1 가스주입부(114)를 통해 식각가스를 포함하는 제 1 가스(G1)를 공급할 수 있다. 식각가스는 예를 들어, 불소(F2), 삼불화질소(NF3), 염소(Cl2), 브롬(Br2), 요오드(I2), 탄화불소 화합물(CxF2x +2, X=1,2,3), CF3Cl, CF2Cl2, CHF3, SiF4, SF6, HCl, HF, CCl4 및 BCl3 중 하나 이상을 포함한 기체일 수 있으며, 또는 이에 더하여 Ar, He, N2, O2 등과 혼합된 기체일 수 있다.
제 1 가스(G1)는 불활성 퍼지가스를 더 포함할 수 있다. 제 1 가스(G1)를 화살표 방향으로 주입하면서, 제 1 전원공급장치(112)로 소스가스공급부(110)에 고전압을 인가할 경우, 제 1 플라즈마(P1)가 생성될 수 있다.
생성된 제 1 플라즈마(P1)에 의해 진공챔버(102) 내에 장착된 금속타겟(116)을 식각할 수 있다. 제 1 가스(G1) 또는 이온화된 제 1 가스(G1) 이온들과 식각된 금속타겟(116)의 입자가 서로 반응하여 금속 화합물을 형성할 수 있다. 금속 화합물은 할로겐 가스가 사용된다면, 금속할로겐 화합물이 형성될 수 있다.
한편, 반응가스공급부(120)는 기판지지체(130) 상에 서로 이격되어 배치된 복수의 가스노즐들(124)을 포함하고, 복수의 가스노즐들(124)은 제 1 플라즈마(P1)가 생성될 때, 소스가스공급부(110)의 하부전극으로 이해될 수 있으며, 접지 전극으로서 접지될 수 있다. 또, 생성된 금속 화합물은 복수의 가스노즐들(124) 상에서 형성되어 복수의 홀(126)을 통해 화살표 방향으로 이동할 수 있으며, 기판(134) 상에 흡착될 수 있다.
기판(134) 상에 금속 화합물이 흡착될 때, 기판지지체(130)에 구비된 히터(132)에 의해 반응온도를 높여주게 되면, 금속화합물과 기판(134)과의 접착력 향상에도 도움이 되며, 이후 반응가스에 의해 발생되는 이온들과의 반응 또한 쉽게 이루어 질 수도 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 기판(134) 상에 금속 화합물이 형성된 후 진공챔버(102) 내에 공급된 제 1 가스(G1)를 1차 퍼지할 수 있다. 제 1 가스주입부(114)를 통해 진공챔버(102) 내에 공급되는 제 1 가스(G1)를 차단한다. 이후에, 예를 들어, 아르곤(Ar) 또는 질소(N2) 중 하나를 포함하는 불활성 기체를 제 1 가스주입부(114) 또는 복수의 가스노즐들(124)을 이용해 진공챔버(102) 내에 공급할 수 있다. 공급되어진 불활성 기체로 진공챔버(102) 내부에 있는 제 1 가스(G1)를 모두 퍼지할 수 있다. 상기 불활성 기체로 퍼지하는 단계는 이후 반응가스가 기판 상에 골고루 잘 분산되어 제공될 수 있도록 캐리어 역할을 할 수도 있다.
이후에, 제 2 플라즈마(P2)에 의해 발생되는 라디칼 또는 이온이 기판 상에 흡착된 금속 화합물과 반응하여 박막을 형성할 수 있다. 진공챔버(102) 내에 공급된 제 1 가스(G1)를 퍼지한 후 제 1 가스주입부(114)를 통해 예를 들어, 아르곤(Ar) 기체를 흘려준다. 이와 동시에 복수의 가스노즐들(124)를 통해 반응가스를 포함하는 제 2 가스(G2)를 화살표 방향으로 공급할 수 있다. 반응가스는 예를 들어, 수소(H2), 암모니아(NH3), 질소(N2), 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O) 및 과산화수소수(H2O2) 및 이들의 조합, 또는 그 외 금속 할로겐 화합물과 반응할 수 있는 특정 화학물질을 포함하는 것일 수 있다. 제 2 가스(G2)는 반응가스 이외에도 불활성 퍼지가스를 더 포함할 수 있다.
반응가스공급부(120)의 기판지지체에 제 2 전원을 인가하면, 반응가스공급부(120) 내에 공급된 반응가스를 포함하는 제 2 가스(G2)가 여기되거나 이온화됨에 따라 제 1 플라즈마(P1)와 서로 다른 공간에서 제 2 플라즈마(P2)를 생성할 수 있다. 이 때, 복수의 가스노즐들(124)은 반응가스공급부(120)의 접지전극으로 기능하며, 제 2 플라즈마(P2)에 의해 발생된 H* 또는 N*와 같은 라디칼 또는 이온에 의해, 기판(134)에 흡착된 금속 화합물과 반응하여 단위 박막을 형성한다.
기판(134) 상에 금속 화합물을 형성할 때와 같이, 기판지지체(130)에 구비된 히터(132)를 이용해 기판(134)의 온도를 증가할 경우, 상기 라디칼 또는 이온에 의해 쉽게 단위 박막을 형성할 수도 있다.
단위 박막을 형성하는 단계 이후 진공챔버(102) 내에 공급된 제 2 가스(G2)를 2차 퍼지할 수 있다. 제 1 가스주입부(114) 및 복수의 가스노즐들(124)을 통해 불활성 기체를 공급하여 진공챔버(102) 내에 공급된 제 2 가스(G2)를 모두 퍼지할 수 있다.
마지막으로, 도 1 내지 도 5에 도시된 원자층 증착 방법을 포함하는 단위 사이클을 적어도 1회 이상 반복 수행할 수 있다. 이는 박막의 특성에 따라 적절하게 반복 횟수를 설계할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자층 증착 장치를 개략적으로 도해하는 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 원자층 증착 장치(200)는 진공챔버(102), 진공챔버(102) 내에 배치되는 기판지지체(130) 및 기판지지체(130)와 서로 이격되어 배치되며, 기판지지체(130)와 대향되는 내부공간에 금속타겟(116)을 구비하고, 식각가스를 포함하는 제 1 가스를 이용하여 금속타겟(116)을 식각함으로써 기판지지체(130) 상에 소스가스를 공급할 수 있는 소스가스공급부(110)를 포함할 수 있다.
또한, 동일한 진공챔버(102)에 결합되며, 소스가스가 흡착된 기판(134)의 표면에서 반응을 유도할 수 있도록 반응가스를 포함하는 제 2 가스를 공급하는 반응가스공급부(120)를 포함할 수 있다. 여기서, 반응가스공급부(120)는 기판지지체(130)의 회전축을 기준으로 소스가스공급부(110)와 서로 대칭되도록 배치될 수 있다. 반응가스공급부(120)에 대한 상세한 설명은 그 기능과 구조가 도 1을 참조하여 상술한 원자층 증착 장치(100)의 내용과 유사하므로 생략한다.
또한, 소스가스공급부(110) 및 반응가스공급부(120)는 기판지지체(130) 상에 공간분할식으로 교번하여 하나 또는 복수개 배치될 수 있으며, 소스가스공급부(110) 및 반응가스공급부(120) 사이에 배치되는 복수의 퍼지가스공급부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 퍼지가스공급부(미도시)는 소스가스공급부(110)와 반응가스공급부(120) 사이의 공간에서 소스가스공급부(110)와 반응가스공급부(120)를 공간적으로 분할하는 기능을 수행하며, 각 공정 단계에서 기판(134) 상에 잔류하는 불순물 즉, 잔류가스를 제거하는 기능을 수행한다. 이 때, 기판지지체(130)는 소스가스공급부(110) 및 반응가스공급부(120) 아래에서 회전 또는 왕복 운동함으로써 기판(134) 상에 단위 박막을 형성할 수 있다.
예를 들면, 진공챔버(102) 내에 기판(134)이 로딩된 후, 소스가스공급부(110) 내에 제 1 가스주입부(114)를 통해 식각가스를 포함하는 제 1 가스(G1)를 공급할 수 있다. 이후에 소스가스공급부(110)의 상부전극에 제 1 전원을 인가하면, 제 1 가스(G1)가 여기되거나 이온화되어 소스가스공급부(110)의 금속타겟(116)을 식각함으로써 소스가스를 형성할 수 있다. 상기 소스가스는 복수의 홀(126)을 통해서 이동되며, 기판(134)의 표면 상에 흡착될 수 있다.
한편, 소스가스가 흡착된 기판(134)은 챔버 내부에서 회전 또는 이동되어 반응가스공급부(120) 내에 위치할 수 있다. 이후에 반응가스공급부(120) 내에 제 2 가스주입부(124a)를 통해 반응가스를 포함하는 제 2 가스(G2)가 공급되고, 반응가스공급부(120)의 기판지지체에 제 2 전원을 인가하여 제 2 가스(G2)가 여기되거나 이온화될 수 있다. 이 때, 반응가스공급부(120)에 구비된 상부전극(116a) 즉, 복수의 가스노즐들(124)은 소스가스공급부(110) 및 반응가스공급부(120)의 접지 전극으로서 기능을 수행한다. 이 때, 여기되거나 이온화된 제 2 가스(G2)와 기판(134)의 표면에 흡착된 소스가스가 서로 반응하여 기판(134) 상에 상기 소스가스와 성질이 다른 단위 박막이 형성될 수 있다.
여기서, 소스가스공급부(110)와 반응가스공급부(120)로 기판(134)이 이동될 때, 식각가스를 포함하는 제 1 가스(G1)와 반응가스를 포함하는 제 2 가스(G2)가 서로 구분될 수 있도록 공간적으로 분할하기 위해서, 퍼지가스를 공급할 수 있는 퍼지가스공급부(미도시)가 소스가스공급부(110)와 반응가스공급부(120) 사이사이에 배치될 수 있다. 또, 원자층 증착 공정시에 사용되는 제 1 가스(G1), 제 2 가스(G2) 및 원자층 증착 장치의 기본적인 구성은 도 1 내지 도 5를 참조하여 상술한 바와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 하나의 진공챔버(102) 내에서 장착된 금속타겟(116)을 식각가스로 에칭하여 기판(134) 상에 흡착시킨 후 상기 식각하는 공간과 다른 공간에서 반응가스의 이온과 기판(134)에 흡착된 금속할로겐 화합물을 반응시켜 단위 박막을 증착하는 기술이다.
일반적으로 CVD와 같이, 기상반응을 기본으로 하는 성막방법들은 기판 바로 위에서 물리적 증착방식과 같이 금속원자상태로 공급되어 바로 증착되기 때문에 화합물 형태의 분자가 단층으로 화학흡착한다. 이를 통해 추가적인 흡착을 방지하는 표면 세츄레이션(saturation)을 구현할 수가 없다. 이 때문에 기상과 대면하는 상부 구조에 더 많은 원자가 증착되어 박막의 단차 피복도가 나빠진다.
반면, 본 발명의 원자층 증착 장치는 할로겐 기체를 포함하는 식각가스를 챔버내에 공급하여 금속 타겟을 에칭함으로써 금속원자를 포함하는 원료기체를 형성한다. 이후에 원료기체를 기판지지체 상에 공급하는 과정에서, 전극으로서 금속타겟을 구비하는 소스가스공급부와 금속타겟과 일체형으로 형성된 복수의 가스노즐들을 구비하는 반응가스공급부를 포함한다.
상기 소스가스공급부에서 형성된 금속할로겐 화합물이 상기 복수의 가스노즐들 사이를 통과하여 기판 상에 단원자층의 형태로 흡착된다. 이후에 상기 반응가스공급부에서 발생되는 라디칼 또는 이온이 기판 상에 흡착된 금속할로겐 화합물과 반응하여 성분이 다른 박막을 형성하는데, 상기 박막을 형성하는 과정은 추가적인 흡착을 방지하는 표면 세츄레이션(saturation)을 구현함으로써 박막의 단차 피복도를 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 원자층 증착 방법은 환원 반응을 일으켜서 성막을 할 때는 할로겐 기체의 공급을 차단하여 흡착된 할로겐 원소만을 이용하는 표면반응을 유도함으로써 균일한 성막을 얻을 수 있다. 표면에서 발생하는 성막과 관련된 화학반응공정은 예를 들어, 플루오린(F)을 사용할 경우, 하기와 같다.
A 화학반응공정 : M + F* → Metal (F)x : MFx의 형성 및 흡착
B 화학반응공정 : Purge를 이용하여 기상의 Metal (F)x 제거
C 화학반응공정 : Metal (F)x + H* → Metal + HF : 수소 라디칼에 의한 표면 Metal 환원 및 성막
또한, 금속할로겐 화합물은 대개 고체상이어서 반응기 내부로 공급함에 있어 어려움이 따르며, 장치 및 공정이 복잡하고 비용이 많이 들어갈 수 있으나, 본 발명에 의하면, 별도의 액체 금속 원료의 공급 없이, 반응챔버 내에서 자체 에칭으로 금속할로겐 화합물을 공급하여 반응가스의 종류에 따라 손쉽게 금속막, 산화막 또는 질화막 중 적어도 어느 하나를 형성할 수 있다.
또한, 하나의 챔버로 구성되어, 듀얼 플라즈마를 사용해 단위 박막을 형성할 수 있으므로 작업 공간의 효율성 및 챔버가 작게 설계될 수도 있어, 공정비용 및 제조 단가가 낮아지는 효과도 얻을 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 진공챔버;
    상기 진공챔버 내에 배치되고 기판이 안착되는 기판지지체;
    상기 진공챔버 내에 상기 기판지지체와 대향되게 배치된 금속타겟(target) 및 상기 금속타겟을 식각하여 소스가스를 생성하기 위한 식각가스를 포함하는 제 1 가스를 공급하기 위한 제 1 가스주입부를 포함하는 소스가스공급부; 및
    상기 진공챔버에 결합되며, 상기 기판 상에 반응가스를 포함하는 제 2 가스를 공급하는 반응가스공급부;
    를 포함하고,
    상기 반응가스공급부는 상기 기판지지체 상에 서로 이격되어 배치된 복수의 가스노즐들을 포함하며, 상기 복수의 가스 노즐들은 상기 소스가스공급부 및 상기 반응가스공급부의 접지 전극으로 기능하고,
    상기 소스가스는 상기 복수의 가스노즐들 상에서 형성되어 상기 복수의 가스노즐들 사이를 통과하여 상기 기판지지체 상에 제공되며,
    상기 소스가스와 상기 반응가스는 상기 기판 상에 교번하여 공급되는,
    원자층 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 식각가스는 할로겐 가스를 포함하고,
    상기 소스가스는 상기 할로겐 가스를 이용하여 상기 금속타겟을 식각하여 생성된 금속 할로겐 화합물을 포함하고,
    상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스 중 적어도 어느 하나는 불활성 퍼지가스를 더 포함하는,
    원자층 증착 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 소스가스공급부는 상부전극과 하부전극을 구비하며, 상기 상부전극과 상기 하부전극 각각의 적어도 일면에 상기 금속타겟이 형성된 것인,
    원자층 증착 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 소스가스공급부는 상기 식각가스를 이용한 제 1 플라즈마 형성을 위해 상기 복수의 노즐들 상에 제 1 전원이 인가되는 상부전극을 포함하고,
    상기 반응가스공급부는 상기 반응가스를 이용한 제 2 플라즈마 형성을 위해서 상기 기판지지체에 제 2 전원이 인가되는 것인,
    원자층 증착 장치.
  5. 단위 사이클을 복수회 반복하여 박막을 증착하는 방법으로서,
    상기 단위 사이클은,
    진공챔버 내에 구비된 소스가스공급부에 배치된 금속타겟을 상기 소스가스공급부 내에 공급된 식각가스를 이용하여 식각함으로써 형성된 소스가스를 기판지지체 상에 안착된 기판 상에 흡착시키는 단계; 및
    상기 진공챔버 내에 배치된 반응가스공급부를 통해서 상기 기판 상에 반응가스를 공급하여 상기 기판 상에 단위 박막을 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 흡착시키는 단계는,
    상기 식각가스를 상기 소스가스공급부 내에 공급하는 단계;
    상기 소스가스공급부에 구비된 상부전극에 제 1 전원을 인가하여 상기 식각가스를 이용한 제 1 플라즈마를 형성하여 상기 금속타겟을 식각함으로써 상기 소스가스를 형성하는 단계;
    상기 소스가스를 상기 기판 상에 흡착시키는 단계; 및
    상기 식각가스의 공급을 차단하고, 상기 소스가스공급부 내에 제 1 불활성 기체를 공급하여 1차 퍼지하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 단위 박막을 형성하는 단계는,
    상기 반응가스공급부 내에 상기 반응가스를 공급하는 단계;
    상기 기판지지체에 제 2 전원을 인가하여 상기 반응가스를 이용한 제 2 플라즈마를 형성하는 단계; 및
    상기 박막을 형성한 후 상기 반응가스공급부 내에 제 2 불활성 기체를 공급하여 2차 퍼지하는 단계;
    를 포함하는,
    원자층 증착 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 반응가스공급부는 상기 기판지지체 상에 서로 이격되어 배치된 복수의 가스노즐들을 포함하고,
    상기 복수의 가스노즐들은 상기 소스가스공급부 및 상기 반응가스공급부의 접지 전극으로 기능하며,
    상기 소스가스를 상기 기판 상에 흡착시키는 단계는,
    상기 소스가스가 상기 복수의 가스노즐들 상에서 형성되어 상기 복수의 가스노즐들 사이를 통과하여 상기 기판지지체 상에 제공되는 단계를 포함하는,
    원자층 증착 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 식각가스는 불소(F2), 삼불화질소(NF3), 염소(Cl2), 브롬(Br2), 요오드(I2), 탄화불소 화합물(CxF2x+2, X=1,2,3), CF3Cl, CF2Cl2, CHF3, SiF4, SF6, HCl, HF, CCl4 및 BCl3 중 하나 이상을 포함하고,
    상기 반응가스는 수소(H2), 암모니아(NH3), 질소(N2), 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O) 및 과산화수소수(H2O2) 중 하나 이상을 포함하는,
    원자층 증착 방법.
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