WO2022255833A1 - 박막 증착 방법 - Google Patents

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WO2022255833A1
WO2022255833A1 PCT/KR2022/007898 KR2022007898W WO2022255833A1 WO 2022255833 A1 WO2022255833 A1 WO 2022255833A1 KR 2022007898 W KR2022007898 W KR 2022007898W WO 2022255833 A1 WO2022255833 A1 WO 2022255833A1
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김용현
박일흥
박창균
오원주
이동환
이용현
이준석
임병관
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주성엔지니어링(주)
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Definitions

  • the present invention relates to a thin film deposition method, and more particularly, to a thin film deposition method for depositing a thin film on a substrate.
  • Metal oxide thin films for example organic metal oxide thin films, have excellent characteristics of low power and high mobility, and are used as protective layers, transparent conductive layers, or semiconductor layers formed on substrates in semiconductor devices, display devices, or solar cells. .
  • the metal oxide thin film is zinc (Zn) oxide doped with at least one of indium (In) and gallium (Ga), for example, indium zinc oxide (IZO), gallium zinc oxide (GZO), indium gallium zinc oxide (IGZO), and the like. , and such a metal oxide thin film has various characteristics depending on the composition ratio of indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn).
  • a metal oxide thin film was deposited by an atomic layer deposition (ALD) process.
  • the atomic layer deposition process includes supplying a source gas containing indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn), purging the source gas, supplying a reaction gas containing oxygen (O), and A metal oxide thin film is formed on the substrate by performing a process cycle including purging the reactive gas a plurality of times.
  • the present invention provides a thin film deposition method capable of improving process speed.
  • a thin film deposition method includes supplying source gas together with a first diffusion gas onto a substrate provided in a process space; and supplying a reaction gas together with a second diffusion gas onto the substrate so as to be continuous with the supplying of the source gas, wherein the first diffusion gas and the source gas, the second diffusion gas and the reaction gas are included. Gas is supplied onto the substrate through different paths.
  • the first diffusion gas may be mixed with the source gas in a path for supplying the source gas
  • the second diffusion gas may be mixed with the reaction gas in a path for supplying the reaction gas
  • the supply amount of the first diffusion gas may be controlled differently from the supply amount of the second diffusion gas.
  • the supply amount of the first diffusion gas may be controlled to be relatively smaller than the supply amount of the second diffusion gas.
  • the second diffusion gas is supplied on the substrate together with the first diffusion gas and the source gas
  • the first diffusion gas is supplied to the second diffusion gas. And it can be supplied on the substrate together with the reaction gas.
  • Supply amounts of the first diffusion gas may be differently controlled in the step of supplying the source gas and the step of supplying the reaction gas.
  • the supply amount of the first diffusion gas may be controlled to be relatively smaller than the supply amount of the first diffusion gas in the step of supplying the reaction gas.
  • power may be applied to generate plasma in the process space.
  • a process cycle including the step of supplying the source gas and the step of supplying the reaction gas may be performed a plurality of times.
  • the first diffusion gas and the second diffusion gas may include an inert gas.
  • the source gas may be a gas containing at least one of indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn), and the reaction gas may be a gas containing oxygen.
  • a first diffusion gas and source gas are supplied through a first gas supply path formed in a gas dispensing unit, and a second gas supply path formed in the gas distributing unit.
  • a first step of supplying a second diffusion gas; And a second step of supplying the first diffusion gas through the first gas supply path, and supplying the second diffusion gas and the reaction gas through the second gas supply path; including, The process cycle in which the second step continuously proceeds may be repeatedly performed.
  • a process speed for depositing a thin film on a substrate can be improved.
  • the process time can be minimized by omitting the step of purging the source gas and the step of purging the reaction gas in the existing atomic layer deposition process.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a deposition apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a view schematically showing a thin film deposition method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view for explaining a process cycle of a thin film deposition method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing supply amounts of a first diffusion gas and a second diffusion gas according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view schematically showing the appearance of a thin film transistor manufactured according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a deposition apparatus is an apparatus for depositing a thin film, for example, a metal oxide thin film, on a substrate, and is provided in a chamber 10, the chamber 10, and A substrate support part 20 for supporting the substrate S provided in the chamber 10 is provided in the chamber 10 so as to face the substrate support part 20, and a process gas is directed toward the substrate support part 20. It includes a gas spraying unit 30 for spraying and an RF power supply 50 for applying power to generate plasma in the chamber 10 .
  • the deposition apparatus provides a first gas supply unit 50 for supplying a source gas and a first diffusion gas to the gas dispensing unit 30 and a reactive gas and a second diffusion gas to the gas dispensing unit 30 . It may further include a second gas supply unit 60 for the supply pipe 40 for connecting the first gas supply unit 50 and the second gas supply unit 60 to the gas injection unit 30, respectively. ) may be further included. In addition, the supply amount of the source gas and the first diffusion gas provided from the first gas supply unit 50, the supply amount of the reaction gas and the second diffusion gas provided from the reaction gas supply unit 60, and the RF power supply 50 It may further include a control unit (not shown) for controlling.
  • the gas dispensing unit 30 includes a first gas supply path for receiving a first gas, for example, a source gas and a first diffusion gas from the first gas providing unit 50 and supplying the first gas onto the substrate S; , A second gas supply path for receiving a second gas, for example, a reaction gas and a second diffusion gas, from the second gas supplier 60 and supplying the second gas to the substrate S is formed separately.
  • a first gas for example, a source gas and a first diffusion gas from the first gas providing unit 50 and supplying the first gas onto the substrate S
  • a second gas supply path for receiving a second gas, for example, a reaction gas and a second diffusion gas, from the second gas supplier 60 and supplying the second gas to the substrate S is formed separately.
  • the chamber 10 prepares a predetermined process space and keeps it airtight.
  • the chamber 10 includes a body 12 having a predetermined process space including a substantially circular or quadrangular flat surface and a sidewall portion extending upward from the flat surface, and a substantially circular or quadrangular body 12 positioned on the chamber ( 10) may include a cover 14 to keep it airtight.
  • the chamber 10 is not limited thereto and may be manufactured in various shapes corresponding to the shape of the substrate.
  • An exhaust port may be formed in a predetermined area of the lower surface of the chamber 10 , and an exhaust pipe (not shown) connected to the exhaust port may be provided outside the chamber 10 .
  • the exhaust pipe may be connected to an exhaust device (not shown).
  • a vacuum pump such as a turbo molecular pump may be used. Therefore, the inside of the chamber 10 can be vacuumed up to a predetermined reduced pressure atmosphere, for example, a predetermined pressure of 0.1 mTorr or less by the exhaust device.
  • the exhaust pipe may be installed not only on the lower surface of the chamber 10 but also on the side surface of the chamber 10 under the substrate support 20 to be described later.
  • a plurality of exhaust pipes and corresponding exhaust devices may be further installed to reduce the exhausting time.
  • a substrate S provided into the chamber 10 may be seated on the substrate support 20 for a thin film forming process.
  • a transparent substrate may be used as the substrate S, and, for example, a silicon substrate, a glass substrate, or a plastic substrate may be used when implementing a flexible display.
  • a reflective substrate may be used as the substrate S, and in this case, a metal substrate may be used.
  • the metal substrate may be formed of stainless steel (SUS), titanium (Ti), molybdenum (Mo), or an alloy thereof. Meanwhile, when a metal substrate is used as the substrate S, it is preferable to form an insulating film on the metal substrate.
  • the substrate support 20 may be provided with, for example, an electrostatic chuck so that such a substrate may be seated and supported, and may adsorb and hold the substrate by electrostatic force, or may support the substrate by vacuum adsorption or mechanical force.
  • the substrate support 20 may have a shape corresponding to the shape of the substrate S, for example, a circular shape or a rectangular shape.
  • the substrate support 20 may include a substrate support 22 on which the substrate S is seated and an elevator 24 disposed below the substrate support 22 to move the substrate support 22 up and down.
  • the substrate support 22 may be manufactured to be larger than the substrate S, and the elevator 24 is provided to support at least one region of the substrate support 22, for example, the center, and is placed on the substrate support 22.
  • a heater (not shown) may be installed inside the substrate support 22 . The heater generates heat to a predetermined temperature to heat the substrate support 22 and the substrate S seated on the substrate support 22 so that a thin film is uniformly deposited on the substrate S.
  • the supply pipe 40 may be installed to pass through the cover 14 of the chamber 10, and interconnect the gas dispensing unit 30, the first gas supply unit 50, and the second gas supply unit 60. It can be extended to form.
  • the supply pipe 40 is a first supply pipe 42 connecting a space between the upper surface of the upper frame 32 and the cover 14 to be described later and the first gas supply unit 50, and a lower frame to be described later. It may include a second supply pipe 44 connecting a space between the upper surface of the 34 and the lower surface of the upper frame 32 and the second gas supply unit 60 .
  • the first gas supply unit 50 provides source gas together with the first diffusion gas to the gas dispensing unit 30 through the first supply pipe 42 .
  • the first gas providing unit 50 may include a source gas providing unit 52 for providing a source gas and a first diffusion gas providing unit 54 for providing a first diffusion gas.
  • the source gas supply unit 52 may be connected to one end of the first supply pipe 42, and the first diffusion gas supply unit 54 connects the gas dispensing unit 30 and the source gas supply unit 52. It can be connected on the extension path of the first supply pipe 42 to be.
  • the source gas may include a source gas for forming a metal oxide thin film, and may be, for example, a gas containing at least one of indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn).
  • the first diffusion gas may include an inert gas for diffusing the source gas, and may include, for example, argon (Ar) or nitrogen (N 2 ) gas.
  • the raw material gas supply unit 52 is provided as one, but the raw material gas supply unit 52 does not necessarily provide one gas, and a gas containing indium (In), gallium It may be configured to provide a gas containing (Ga) and a gas containing zinc (Zn), respectively, or a gas selected from a plurality of gases.
  • the second gas supply unit 60 supplies the reaction gas together with the second diffusion gas to the gas dispensing unit 30 through the second supply pipe 44 .
  • the second gas providing unit 60 may include a reactive gas providing unit 62 for providing a reactive gas and a second diffusion gas providing unit 64 for providing a second diffusion gas.
  • the reactive gas providing unit 62 may be connected to one end of the second supply pipe 44, and the second diffusion gas providing unit 64 connects the gas dispensing unit 30 and the reactive gas providing unit 62. It can be connected on the extension path of the second supply pipe 44 to.
  • the reaction gas may include a reaction gas for forming a metal oxide thin film, and may be, for example, a gas containing oxygen (O).
  • the second diffusion gas may include an inert gas for diffusing the reaction gas, and may include, for example, argon (Ar) or nitrogen (N 2 ) gas.
  • the gas dispensing unit 30 is installed inside the chamber 10, for example, on the lower surface of the cover 14, and inside the gas dispensing unit 30, the source gas and the first diffusion gas are applied onto the substrate S.
  • a first gas supply path for spraying and supplying, and a second gas supplying path for spraying and supplying the reaction gas and the second diffusion gas onto the substrate S are formed.
  • the first gas supply path and the second gas supply path are formed to be independent and separated from each other, so that the first gas and the second gas are separated so as not to be mixed in the gas dispensing unit 30 and are formed on the substrate (S). can supply
  • the gas injection unit 30 may include an upper frame 32 and a lower frame 34 .
  • the upper frame 32 is detachably attached to the lower surface of the cover 14 and at the same time, a part of the upper surface, for example, the center of the upper surface is spaced apart from the lower surface of the cover 14 by a predetermined distance. Accordingly, the source gas and the first diffusion gas supplied from the first gas supplier 50 may diffuse in the space between the upper surface of the upper frame 32 and the lower surface of the lid 14 .
  • the lower frame 34 is installed at a predetermined interval on the lower surface of the upper frame 32 .
  • reaction gas and the second diffusion gas supplied from the second gas supplier 60 may diffuse in a space between the upper surface of the lower frame 34 and the lower surface of the upper frame 32 .
  • the upper frame 32 and the lower frame 34 may be integrally formed by being connected along the outer circumferential surface to form a separation space therein, or may be formed in a structure in which the outer circumferential surface is sealed by a separate sealing member. to be.
  • the source gas and the first diffusion gas supplied from the first gas supply unit 50 are diffused in the space between the lower surface of the cover 14 and the upper frame 32, so that the upper frame 32 and the lower frame 34 may be formed to be supplied into the chamber 10 .
  • the reaction gas and the second diffusion gas supplied from the second gas supplier 60 are diffused in a space between the lower surface of the upper frame 32 and the upper surface of the lower frame 34. It may be formed to pass through the lower frame 34 and be supplied into the chamber 10 .
  • the first gas supply path and the second gas supply path may not communicate with each other, whereby the source gas, the first diffusion gas, the reaction gas, and the second diffusion gas pass through the gas dispensing unit 30 to the chamber. (10) It can be supplied through different routes inside.
  • a first electrode 38 may be installed on the lower surface of the lower frame 34, and the second electrode 36 is spaced apart at a predetermined interval from the lower side of the lower frame 24 and the outer side of the first electrode 28. can be installed.
  • the lower frame 34 and the second electrode 36 may be formed by being connected along the outer circumferential surface, and the outer circumferential surface may be sealed by a separate sealing member.
  • the source gas and the first diffusion gas can pass through the first electrode 38 and be sprayed onto the substrate, and the reaction gas and the first diffusion gas can be sprayed onto the substrate.
  • the diffusion gas may be sprayed onto the substrate through the separation space between the first electrode 38 and the second electrode 36 .
  • RF power from the RF power source 50 may be applied to either one of the lower frame 34 and the second electrode 36 .
  • FIG. 1 a structure in which the lower frame 34 is grounded and RF power is applied to the second electrode 36 is shown as an example.
  • the first electrode 38 installed on the lower surface of the lower frame 34 is also grounded. Therefore, when the RF power source 50 is applied to the second electrode 36, a first activation region, that is, a first plasma region is formed between the gas injection part 30 and the substrate support part 20, and the A second activation region, that is, a second plasma region may be formed between the first electrode 38 and the second electrode 36 .
  • the reaction gas and the second diffusion gas are injected through the separation space between the first electrode 38 and the second electrode 36, the reaction gas is emitted from the first electrode corresponding to the inside of the gas dispensing unit 30. It is activated over the region between the electrode 38 and the second electrode 36, that is, from the second plasma region to the first plasma region. Therefore, in the deposition apparatus according to the embodiment of the present invention, the reactant gas may be activated inside the gas dispensing unit 30 and sprayed onto the substrate.
  • the first gas supply path for supplying the source gas and the first diffusion gas and the second gas supply path for supplying the reaction gas and the second diffusion gas are formed separately, the source gas and the reaction gas are supplied to the gas ejection unit. (30), it is possible to spray the material gas and the reaction gas by distributing them through an optimal supply path for depositing a thin film.
  • the thin film deposition method of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3 .
  • a description overlapping with that of the aforementioned deposition apparatus will be omitted.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a thin film deposition method according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a diagram for explaining a process cycle of a thin film deposition method according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a diagram showing supply amounts of a first diffusion gas and a second diffusion gas according to an embodiment of the present invention. .
  • the thin film deposition method includes supplying a source gas along with a first diffusion gas onto a substrate S provided in a process space ( S100 ) and the source gas.
  • a step of supplying a reaction gas together with a second diffusion gas onto the substrate S (S200) is included to continue with the step of supplying the gas (S100).
  • the first diffusion gas and source gas, and the second diffusion gas and reaction gas are supplied on the substrate S through different paths.
  • the process cycle including the step of supplying the raw material gas ( S100 ) and the step of supplying the reaction gas ( S200 ) may be performed a plurality of times.
  • the thin film deposition method omits the step of purging the source gas and the step of purging the reaction gas in the existing atomic layer deposition (ALD) process, thereby supplying the source gas.
  • a process cycle consisting of step S100 and supplying reactive gas (S200) is performed multiple times to form a thin film having a desired thickness on the substrate S.
  • the source gas is not uniformly adsorbed on the substrate (S), resulting in a problem of deterioration in deposition uniformity.
  • the reactive gas reacts with the raw material gas remaining in the gas dispensing unit 30 while supplying the reactive gas, causing a problem of generating a large amount of particles in the gas dispensing unit 30 .
  • the source gas is supplied to the substrate S along with the first diffusion gas for moving the source gas
  • the reaction gas is supplied along with the second diffusion gas for moving the reaction gas to the substrate S.
  • a thin film having the same level of quality as a thin film formed by an existing atomic layer deposition process can be formed by adsorbing the raw material gas and reacting by the reactive gas on (S).
  • the gas dispensing unit 30 has a first gas supply path for supplying the source gas and the first diffusion gas onto the substrate S, and a reaction gas and the second diffusion gas to the substrate S.
  • a second gas supply path for supplying to the phase is formed separately. Accordingly, the raw material gas and the reactive gas are separated from each other and do not react before being injected from the gas dispensing unit 30 .
  • a source gas and a first diffusion gas that controls the movement of the source gas are supplied through the first gas supply path, and a reaction gas and a second diffusion gas that controls the movement of the reaction gas are supplied through the second gas supply path. Diffusion gas is supplied.
  • the source gas is quickly discharged to the outside of the chamber 10 through the process space by the first diffusion gas, and in the step of supplying the reaction gas (S200), the reaction gas passes through the process space.
  • the reaction gas passes through the process space.
  • a step of preparing the substrate S may be performed before the step of supplying the source gas ( S100 ).
  • the substrate S is transported into the chamber 10 of the aforementioned deposition apparatus and placed on the substrate support 20 .
  • the substrate S may be a substrate for manufacturing a thin film transistor, and may include, for example, a silicon substrate, a glass substrate, or a plastic substrate.
  • a thin film transistor manufactured using the substrate S prepared as described above will be described later with reference to FIG. 5 .
  • the source gas is supplied together with the first diffusion gas onto the substrate S provided in the process space in the chamber 10 .
  • the source gas is supplied from the source gas supply unit 52 of the above-described deposition apparatus and supplied onto the substrate S through the first gas supply path provided in the gas dispensing unit 30 .
  • the first diffusion gas is provided from the first diffusion gas supply unit 54 and is supplied onto the substrate S through a first gas supply path provided in the gas dispensing unit 30 .
  • the source gas supply unit 52 may be connected to one end of the first supply pipe 42, and the first diffusion gas supply unit 54 is separate from the source gas supply unit 52, and the gas dispensing unit 30 ) and the source gas supply unit 52 may be connected on an extension path of the first supply pipe 42 .
  • the first diffusion gas may be mixed with the source gas in the first gas supply path and supplied onto the substrate S.
  • the source gas may include a source gas for forming the metal oxide thin film.
  • the source gas may be a gas containing at least one of indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn).
  • the first diffusion gas may include an inert gas for diffusing the source gas, and may include, for example, argon (Ar) gas or nitrogen (N 2 ) gas.
  • the source gas is not necessarily provided from one source gas supply unit 52, and a gas containing indium (In), a gas containing gallium (Ga), and a gas containing zinc (Zn) are provided, respectively.
  • it may be configured to provide a selected gas among a plurality of gases as described above.
  • the source gas is supplied to the substrate S along with the first diffusion gas to adsorb the source material included in the source gas onto the substrate S while controlling the movement of the source gas. let it At this time, supplying source gas (S100) may be performed without applying power.
  • the step of supplying the reaction gas (S200) supplies the reaction gas together with the second diffusion gas onto the substrate S so as to be continuous with the step of supplying the source gas (S100). That is, after the step of supplying the source gas (S100), the step of purging the source gas is not performed, and the step of supplying the source gas (S100) and the step of continuously supplying the reaction gas (S200) are performed.
  • the reaction gas is supplied together with the second diffusion gas onto the substrate S to which the source gas and the first diffusion gas are sprayed.
  • the reaction gas is supplied from the reaction gas supplier 62 of the deposition apparatus and supplied onto the substrate S through the second gas supply path provided in the gas dispensing unit 30 .
  • the second diffusion gas is provided from the second diffusion gas supply unit 64 and is supplied onto the substrate S through a second gas supply path provided in the gas dispensing unit 30 .
  • the reactive gas providing unit 62 may be connected to one end of the second supply pipe 44, and the second diffusion gas providing unit 64 is separate from the reactive gas providing unit 62, and the gas dispensing unit 30 ) and the reaction gas supply unit 62 may be connected on an extension path of the second supply pipe 44 .
  • the second diffusion gas may be mixed with the reaction gas in the second gas supply path and supplied onto the substrate S.
  • the carrier is pre-mixed with the reaction gas and simply serves to transport the reaction gas.
  • the second diffusion gas can not only control the movement of the reaction gas but also play a role of diffusing the reaction gas on the substrate S, as in the case of the first diffusion gas.
  • the reactive gas may include a reactive gas for forming a metal oxide thin film by reacting with the raw material gas.
  • the reactive gas may be a gas containing oxygen (O).
  • the second diffusion gas may include an inert gas for diffusing the reaction gas, and may include, for example, argon (Ar) gas or nitrogen (N 2 ) gas.
  • the RF power source 50 is applied to the process space to generate plasma by activating the reaction gas in order to effectively react the oxygen (O) component included in the reaction gas with the zinc (Zn) component. can be authorized.
  • the oxygen-containing gas supplied by activating and supplying the reactive gas is activated with oxygen radicals to react with the zinc component, and a zinc oxide thin film is formed on the substrate at a lower process temperature. be able to form
  • the supply amount of the first diffusion gas may be controlled differently from the supply amount of the second diffusion gas. That is, in depositing a thin film on the substrate (S), since the thickness of the thin film is determined according to the degree to which the source material is adsorbed to the substrate (S), the supply rate of the source gas supplied on the substrate (S) is In order to control the thickness, it needs to be controlled differently according to process conditions. Therefore, in the embodiment of the present invention, the supply amount of the first diffusion gas in the step of supplying the source gas (S100) may be controlled differently from the supply amount of the second diffusion gas in the step of supplying the reaction gas (S200).
  • the supply amount of the first diffusion gas may be controlled to be relatively smaller than the supply amount of the second diffusion gas. That is, in the embodiment of the present invention, the supply amount of the first diffusion gas in the step of supplying the source gas (S100) may be controlled to be less than the supply amount of the second diffusion gas in the step of supplying the reaction gas (S200).
  • the supply amount of the first diffusion gas may be controlled to M1.
  • the supply amount of the second diffusion gas may be controlled to M2 greater than M1.
  • the source gas in an atomic layer deposition process, after supplying a source gas, in a process of purging the source gas, the source gas is diffused and uniformly adsorbed onto the substrate (S).
  • the process of purging the source gas is not performed after supplying the source gas, the source gas is not uniformly diffused on the substrate S, so that a large amount of source material is adsorbed in the center of the substrate S, A relatively small amount of source material is adsorbed at the edge of the substrate S, resulting in deterioration of deposition uniformity.
  • the supply amount M1 of the first diffusion gas in the step of supplying the source gas (S100) is relatively higher than the supply amount (M2) of the second diffusion gas in the step of supplying the reaction gas (S200). less control
  • the supply amount M1 of the first diffusion gas is relatively smaller than the supply amount M2 of the second diffusion gas in the step of supplying the reactive gas (S200)
  • the source gas is relatively slow on the substrate S. It is diffused at a high speed, whereby the source gas is uniformly diffused to the edge of the substrate (S) so that the source material can be adsorbed to the substrate (S) with a uniform thickness.
  • the reaction gas is for providing a reaction material for reacting with a raw material already adsorbed on the substrate (S), and a second diffusion gas to quickly provide a reaction material for reacting with the raw material on the substrate (S).
  • the supply amount M2 of may be controlled to be greater than the supply amount M1 of the first diffusion gas in the step of supplying the source gas (S100).
  • the second diffusion gas may be supplied on the substrate S together with the first diffusion gas and the source gas
  • the second diffusion gas may be supplied. 1 diffusion gas may be supplied on the substrate S together with the second diffusion gas and the reaction gas.
  • a first diffusion gas and source gas are supplied to the process space of the chamber 10 through a first gas supply path formed in the gas dispensing unit 30, and the gas A first step of supplying a second diffusion gas to the process space through a second gas supply path formed in the injection unit 30 and supplying the first diffusion gas to the process space through the first gas supply path; and a second step of supplying the second diffusion gas and the reaction gas to the process space through the second gas supply path.
  • the first step and the second step are continuously performed to form one process cycle, and the process cycle in which the first step and the second step are continuously performed may be repeatedly performed.
  • the first diffusion gas and the source gas are supplied onto the substrate S through the first gas supply path, and at the same time, the second diffusion gas is supplied to the second gas. It is supplied on the substrate (S) through the path.
  • the reaction gas (S200) the second diffusion gas and the reaction gas are supplied onto the substrate S through the second gas supply path, and at the same time, the first diffusion gas is supplied to the substrate through the first gas supply path. (S) can be supplied.
  • the first diffusion gas is supplied through the first gas supply path to prevent the reaction gas from flowing into the first gas supply path, It is possible to prevent particles from being generated as a result of a reaction between the source gas and the reaction gas in the first gas introduction path. That is, while the source gas and the second diffusion gas are supplied through the first gas supply passage, the source gas is prevented from flowing into the second gas supply passage by supplying the second diffusion gas through the second gas supply passage. 2 It is possible to prevent the generation of particles due to the reaction between the source gas and the reaction gas in the gas inflow path.
  • the source gas remaining in the first gas supply path can be quickly discharged.
  • the source gas supplied in the step of supplying the source gas (S100) is stopped in the step of supplying the reaction gas (S200), but the source gas already discharged in the step of supplying the source gas (S100) is the first It may remain in the gas supply path.
  • the first diffusion gas is supplied through the first gas supply path while the reaction gas and the second diffusion gas are supplied through the second gas supply path, so that the first gas supply path or process It is possible to minimize the formation of impurities due to mutual reaction between the raw material gas and the reaction gas in the space. This may be equally applied to the case where the second diffusion gas is supplied through the second gas supply passage while the source gas and the first diffusion gas are supplied through the first gas supply passage.
  • the first diffusion gas is continuously supplied onto the substrate S in the step of supplying the source gas (S100) and the step of supplying the reaction gas (S200).
  • the supply amount of the first diffusion gas may be controlled differently from each other. That is, as described above, in the step of supplying the source gas (S100), the first diffusion gas may be supplied with a supply amount of M1 that is relatively smaller than the supply amount of M2, which is the supply amount of the second diffusion gas, which makes the source gas uniform on the substrate.
  • the first diffusion gas is not for uniformly diffusing the source gas, but for preventing the reactive gas from flowing into the first gas supply path. Therefore, in the step of supplying the reaction gas (S200), the first diffusion gas may be supplied in an amount greater than that of M1, and for example, in the step of supplying the reaction gas (S200), the supply amount of M2, which is the supply amount of the second diffusion gas is controlled to be supplied to, it is possible to effectively block the reaction gas from flowing into the first gas supply path.
  • the first diffusion gas is supplied in an amount of M1 and M2 in the step of supplying the source gas (S100) and the step of supplying the reaction gas (S200), and the second diffusion gas is supplied as the source gas (S200).
  • S100) and the case of supplying the amount of M2 in the step of supplying the reaction gas (S200) has been described as an example.
  • the supply amount of the first diffusion gas and the supply amount of the second diffusion gas can be controlled in various ways.
  • the supply amount of the first diffusion gas may be controlled to be less than or greater than M2 within a range greater than M1 .
  • the supply amount of the first diffusion gas and the supply amount of the second diffusion gas are not necessarily maintained constant at M1 or M2 in the step of supplying the source gas (S100) or the step of supplying the reaction gas (S200), Of course, it may be variously changed to increase or decrease according to process conditions.
  • the process cycle including supplying source gas ( S100 ) and supplying reactive gas ( S200 ) may be performed multiple times until a thin film having a desired thickness is deposited. That is, the thin film deposition method according to an embodiment of the present invention does not perform the step of purging the reaction gas after the step of supplying the reaction gas (S200), but supplying the source gas (S100) and supplying the reaction gas. With step S200 as one process cycle, a thin film may be deposited by performing the process cycle a plurality of times.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a thin film transistor manufactured according to an embodiment of the present invention.
  • a thin film transistor manufactured according to an embodiment of the present invention includes a gate electrode 100, a source electrode 400 disposed above or below the gate electrode 100 and spaced apart from each other in a horizontal direction, and A drain electrode 500, an active layer 300 disposed between the gate electrode 100, the source electrode 400 and the drain electrode 500, and an active layer disposed between the gate electrode 100 and the active layer 300
  • a gate insulating layer 200 is included.
  • the thin film transistor according to an embodiment of the present invention as shown in FIG. 5, the gate electrode 100 formed on the substrate (S), the gate insulating film 200 formed on the gate electrode 100, , Bottom gate type thin film transistor including an active layer 300 formed on the gate insulating film 200, and a source electrode 400 and a drain electrode 500 formed spaced apart from each other on the active layer 300
  • the same may be applied to a top gate type thin film transistor on which the gate electrode 100 is disposed.
  • a transparent substrate may be used as the substrate S, and, for example, a silicon substrate, a glass substrate, or a plastic substrate may be used when implementing a flexible display.
  • a reflective substrate may be used as the substrate S, and in this case, a metal substrate may be used.
  • the metal substrate may be formed of stainless steel (SUS), titanium (Ti), molybdenum (Mo), or an alloy thereof. Meanwhile, when a metal substrate is used as the substrate S, it is preferable to form an insulating film on the metal substrate.
  • the gate electrode 100 may be formed using a conductive material, for example, aluminum (Al), neodymium (Nd), silver (Ag), chromium (Cr), titanium (Ti), tantalum (Ta), molybdenum (Mo) and copper (Cu) can be formed of at least any one of metals or alloys containing them.
  • the gate electrode 100 may be formed not only as a single layer but also as a multi-layered structure including a plurality of metal layers.
  • metal layers such as chromium (Cr), titanium (Ti), tantalum (Ta), and molybdenum (Mo) with excellent physical and chemical properties and aluminum (Al), silver (Ag), or copper (Cu) series with low resistivity It can also be formed as a double layer including a metal layer of.
  • the gate insulating film 200 is formed on at least the gate electrode 100 . That is, the gate insulating layer 200 may be formed on the substrate S including the top and side portions of the gate electrode 100 .
  • the gate insulating film 200 is an inorganic insulating film including silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), alumina (Al 2 O 3 ), and zirconia (ZrO 2 ), which have excellent adhesion to metal materials and have excellent dielectric strength. It may be formed using one or more insulating materials.
  • the active layer 300 is formed between the gate insulating layer 200 and the source electrode 400 and the drain electrode 5000, and at least partially overlaps the gate electrode 100.
  • the active layer 300 may be formed by including a metal oxide thin film.
  • the metal oxide thin film includes supplying source gas together with the first diffusion gas on the substrate S provided in the process space. (S100) and supplying a reaction gas together with a second diffusion gas onto the substrate (S) (S200) to be continuous with the supplying of the source gas (S100). have.
  • the process cycle including the step of supplying the source gas (S100) and the step of supplying the reaction gas (S200) is performed a plurality of times, the first diffusion gas and the source gas, the second diffusion gas and Supplying the reaction gas onto the substrate S through different paths is the same as that described in the thin film deposition method according to the embodiment of the present invention, and thus duplicate descriptions will be omitted.
  • the active layer 300 may be formed of a single metal oxide thin film or a plurality of metal oxide thin films.
  • the active layer 300 can adjust the electrical conductivity of the metal oxide thin film by controlling the type and content of metal elements contained in each metal oxide thin film. That is, indium (In) is a metal with a relatively low band gap and relatively high standard electrode potential, and has characteristics of improving mobility by lowering resistance and increasing electrical conductivity.
  • indium (In) is a metal with a relatively low band gap and relatively high standard electrode potential, and has characteristics of improving mobility by lowering resistance and increasing electrical conductivity.
  • gallium (Ga) is a metal with a relatively high band gap and relatively high standard electrode potential, and has characteristics of improving stability by increasing resistance and reducing electrical conductivity.
  • the active layer may be formed by controlling the contents of indium (In) and gallium (Ga) included in a single metal oxide thin film or a plurality of metal oxide thin films, respectively.
  • a metal oxide thin film includes an indium-zinc oxide (IZO; In-Zn-O) thin film, a gallium-zinc oxide (GZO; Ga-Zn-O) thin film, and an indium-gallium-zinc oxide (IGZO; In-Ga-Zn) thin film.
  • -O It may include at least one thin film among thin films.
  • the source electrode 400 and the drain electrode 500 are formed on the active layer 300 and partially overlap with the gate electrode 100 to form the source electrode 400 and the drain electrode 500 with the gate electrode 100 therebetween. These may be formed spaced apart from each other.
  • the source electrode 400 and the drain electrode 500 may be formed by the same process using the same material, and may be formed using a conductive material, for example, aluminum (Al), neodymium (Nd), silver (Ag), chromium (Cr), titanium (Ti), tantalum (Ta) and molybdenum (Mo) can be formed of at least one metal or an alloy containing these. That is, it may be formed of the same material as the gate electrode 100, but may be formed of a different material.
  • the source electrode 400 and the drain electrode 500 may be formed of not only a single layer but also multiple layers of a plurality of metal layers.
  • the process speed for depositing a thin film on a substrate can be improved.
  • the process time can be minimized by omitting the step of purging the source gas and the step of purging the reaction gas in the existing atomic layer deposition process.

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Abstract

본 발명은 박막 증착 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 상에 박막을 증착하기 위한 박막 증착 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 방법은, 공정 공간에 마련된 기판 상에, 제1 확산 가스와 함께 원료 가스를 공급하는 단계; 및 상기 원료 가스를 공급하는 단계와 연속되도록, 상기 기판 상에 제2 확산 가스와 함께 반응 가스를 공급하는 단계;를 포함하고, 상기 원료 가스를 공급하는 단계 및 상기 반응 가스를 공급하는 단계를 포함하는 공정 사이클은 복수 회로 수행되며, 상기 제1 확산 가스 및 원료 가스와, 상기 제2 확산 가스 및 반응 가스를 서로 다른 경로로 상기 기판 상에 공급한다.

Description

박막 증착 방법
본 발명은 박막 증착 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 상에 박막을 증착하기 위한 박막 증착 방법에 관한 것이다.
금속 산화물 박막, 예를 들어 유기 금속 산화물 박막은 저전력 및 높은 이동도의 우수한 특징을 가져, 반도체 소자, 디스플레이 장치 또는 태양 전지 등에서 기판 상에 형성되는 보호층, 투명 도전층, 또는 반도체층으로 사용되고 있다.
금속 산화물 박막은 인듐(In) 및 갈륨(Ga) 중 적어도 하나가 도핑된 아연(Zn) 산화물, 예를 들어 IZO(Indium Zinc Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide) 등으로 형성될 수 있으며, 이와 같은 금속 산화물 박막은 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 아연(Zn)의 조성비에 따라 다양한 특성을 가지게 된다.
종래에는, 금속 산화물 박막을 원자층 증착(ALD; Atomic Layer Deposition) 공정으로 증착하였다. 원자층 증착 공정은 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 아연(Zn)을 함유하는 원료 가스를 공급하는 단계, 원료 가스를 퍼지하는 단계, 산소(O)를 함유하는 반응 가스를 공급하는 단계 및 반응 가스를 퍼지하는 단계를 포함하는 공정 사이클을 복수 회로 수행하여 기판 상에 금속 산화물 박막을 형성하게 된다.
그러나, 이와 같이 원자층 증착 공정에 의하여 금속 산화물 박막을 증착하는 경우, 원료 가스를 퍼지하는 단계 및 반응 가스를 퍼지하는 단계에 의하여 박막을 증착하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다. 즉, 원료 가스 및 반응 가스를 각각 퍼지하는데 소요되는 시간과, 원료 가스 및 반응 가스의 퍼지 이후에, 기판의 온도를 다시 조절하기 위하여 소요되는 시간에 의하여, 박막을 증착하는 공정 시간이 매우 길어지게 되어 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.
(선행기술문헌)
한국공개특허 제10-2009-0099140호
본 발명은 공정 속도를 향상시킬 수 있는 박막 증착 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 방법은, 공정 공간에 마련된 기판 상에, 제1 확산 가스와 함께 원료 가스를 공급하는 단계; 및 상기 원료 가스를 공급하는 단계와 연속되도록, 상기 기판 상에 제2 확산 가스와 함께 반응 가스를 공급하는 단계;를 포함하고, 상기 제1 확산 가스 및 원료 가스와, 상기 제2 확산 가스 및 반응 가스를 서로 다른 경로로 상기 기판 상에 공급한다.
상기 제1 확산 가스는 상기 원료 가스를 공급하는 경로 내에서 상기 원료 가스와 혼합되고, 상기 제2 확산 가스는 상기 반응 가스를 공급하는 경로 내에서 상기 반응 가스와 혼합될 수 있다.
상기 원료 가스를 공급하는 단계에서 상기 제1 확산 가스의 공급량을 상기 제2 확산 가스의 공급량과 다르게 제어할 수 있다.
상기 원료 가스를 공급하는 단계에서 상기 제1 확산 가스의 공급량을 상기 제2 확산 가스의 공급량보다 상대적으로 적게 제어할 수 있다.
상기 원료 가스를 공급하는 단계에서 상기 제2 확산 가스를 상기 제1 확산 가스 및 원료 가스와 함께 상기 기판 상에 공급하고, 상기 반응 가스를 공급하는 단계에서 상기 제1 확산 가스를 상기 제2 확산 가스 및 반응 가스와 함께 상기 기판 상에 공급할 수 있다.
상기 원료 가스를 공급하는 단계 및 상기 반응 가스를 공급하는 단계에서 상기 제1 확산 가스의 공급량을 서로 다르게 제어할 수 있다.
상기 원료 가스를 공급하는 단계에서 상기 제1 확산 가스의 공급량을 상기 반응 가스를 공급하는 단계에서의 상기 제1 확산 가스의 공급량보다 상대적으로 적게 제어할 수 있다.
상기 반응 가스를 공급하는 단계에서 상기 공정 공간에 플라즈마를 발생시키도록 전원을 인가할 수 있다.
상기 원료 가스를 공급하는 단계 및 상기 반응 가스를 공급하는 단계를 포함하는 공정 사이클은 복수 회로 수행될 수 있다.
상기 제1 확산 가스 및 제2 확산 가스는 불활성 가스를 포함할 수 있다.
상기 원료 가스는 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 아연(Zn) 중 적어도 하나를 함유하는 가스이고, 상기 반응 가스는 산소를 함유하는 가스일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 방법은, 가스 분사부에 형성된 제1 가스 공급 경로를 통하여 제1 확산 가스 및 원료 가스를 공급하고, 상기 가스 분사부에 형성된 제2 가스 공급 경로를 통하여 제2 확산 가스를 공급하는 제1 단계; 및 상기 제1 가스 공급 경로를 통하여 상기 제1 확산 가스를 공급하고, 상기 제2 가스 공급 경로를 통하여 상기 제2 확산 가스 및 반응 가스를 공급하는 제2 단계;를 포함하고, 상기 제1 단계와 제2 단계가 연속적으로 진행되는 공정 사이클은 반복적으로 수행될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 기판 상에 박막을 증착하기 위한 공정 속도를 향상시킬 수 있다.
즉, 기존의 원자층 증착 공정에서 원료 가스를 퍼지하는 단계와 반응 가스를 퍼지하는 단계를 생략하여 공정 시간을 최소화할 수 있다.
또한, 원료 가스를 퍼지하는 단계와 반응 가스를 퍼지하는 단계를 생략하면서도, 기존의 원자층 증착 공정에 의하여 형성되는 박막과 동등한 수준의 품질을 가지는 박막을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 증착 장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 방법을 개략적으로 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 방법의 공정 사이클을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 제1 확산 가스 및 제2 확산 가스의 공급량을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 박막 트랜지스터의 모습을 개략적으로 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장되어 도시될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 증착 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 증착 장치는 기판 상에 박막, 예를 들어 금속 산화물 박막을 증착하기 위한 장치로서, 챔버(10), 상기 챔버(10) 내에 마련되며, 상기 챔버(10) 내에 제공되는 기판(S)을 지지하기 위한 기판 지지부(20), 상기 기판 지지부(20)에 대향 배치되도록 상기 챔버(10) 내에 마련되며, 상기 기판 지지부(20)를 향하여 공정 가스를 분사하기 위한 가스 분사부(30) 및 상기 챔버(10) 내에 플라즈마를 발생시키도록 전원을 인가하는 RF 전원(50)을 포함한다.
또한, 상기 증착 장치는 가스 분사부(30)에 원료 가스 및 제1 확산 가스를 제공하기 위한 제1 가스 제공부(50) 및 가스 분사부(30)에 반응 가스 및 제2 확산 가스를 제공하기 위한 제2 가스 제공부(60)를 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 가스 제공부(50) 및 제2 가스 제공부(60)를 가스 분사부(30)와 연결하기 위한 각각 공급 배관(40)을 더 포함할 수 있다. 이외에도 상기 제1 가스 제공부(50)로부터 제공되는 원료 가스와 제1 확산 가스의 공급량, 상기 반응 가스 제공부(60)로부터 제공되는 반응 가스와 제2 확산 가스의 공급량 및 RF 전원(50)을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
여기서, 가스 분사부(30)에는 제1 가스, 예를 들어 원료 가스 및 제1 확산 가스를 제1 가스 제공부(50)로부터 제공받아 기판(S) 상에 공급하기 위한 제1 가스 공급 경로와, 제2 가스, 예를 들어 반응 가스 및 제2 확산 가스를 제2 가스 제공부(60)로부터 제공받아 기판(S) 상에 공급하기 위한 제2 가스 공급 경로가 분리되어 형성된다.
챔버(10)는 소정의 공정 공간을 마련하고, 이를 기밀하게 유지시킨다. 챔버(10)는 대략 원형 또는 사각형의 평면부 및 평면부로부터 상향 연장된 측벽부를 포함하여 소정의 공정 공간을 가지는 몸체(12)와, 대략 원형 또는 사각형으로 몸체(12) 상에 위치하여 챔버(10)를 기밀하게 유지하는 덮개(14)를 포함할 수 있다. 그러나, 챔버(10)는 이에 한정되지 않고 기판의 형상에 대응하는 다양한 형상으로 제작될 수 있다.
챔버(10)의 하면의 소정 영역에는 배기구(미도시)가 형성되고, 챔버(10)의 외측에는 배기구와 연결되는 배기관(미도시)이 마련될 수 있다. 또한, 배기관은 배기 장치(미도시)와 연결될 수 있다. 배기 장치로는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프가 이용될 수 있다. 따라서, 배기 장치에 의해 챔버(10) 내부를 소정의 감압 분위기, 예를 들어 0.1mTorr 이하의 소정의 압력까지 진공 흡입할 수 있다. 배기관은 챔버(10)의 하면 뿐만 아니라 후술하는 기판 지지부(20) 하측의 챔버(10) 측면에 설치될 수도 있다. 또한, 배기되는 시간을 줄이기 위해 다수 개의 배기관 및 그에 따른 배기 장치가 더 설치될 수도 있음은 물론이다.
한편, 기판 지지부(20)에는 박막 형성 공정을 위하여 챔버(10) 내로 제공된 기판(S)이 안착될 수 있다. 여기서, 기판(S)은 투명 기판을 이용할 수 있으며, 예를 들어 실리콘 기판, 글래스 기판 또는 플렉서블(flexible) 디스플레이를 구현하는 경우에는 플라스틱 기판이 사용될 수 있다. 또한, 기판(S)은 반사형 기판이 이용될 수 있으며, 이 경우 메탈 기판을 사용할 수 있다. 메탈 기판은 스테인레스 스틸(SUS), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo) 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다. 한편, 기판(S)으로 메탈 기판을 이용할 경우, 메탈 기판 상부에 절연막을 형성하는 것이 바람직하다. 기판 지지부(20)는 이와 같은 기판이 안착되어 지지될 수 있도록, 예를 들어 정전척 등이 마련되어 기판을 정전력에 의해 흡착 유지할 수도 있고, 진공 흡착이나 기계적 힘에 의해 기판을 지지할 수도 있다.
기판 지지부(20)는 기판(S)의 형상과 대응되는 형상, 예를 들어 원형 또는 사각형으로 마련될 수 있다. 기판 지지부(20)는 기판(S)이 안착되는 기판 지지대(22) 및 상기 기판 지지대(22) 하부에 배치되어 기판 지지대(22)를 승하강 이동시키는 승강기(24)를 포함할 수 있다. 여기서, 기판 지지대(22)는 기판(S)보다 크게 제작될 수 있으며, 승강기(24)는 기판 지지대(22)의 적어도 일 영역, 예를 들어 중심부를 지지하도록 마련되고, 기판 지지대(22) 상에 기판(S)이 안착되면 기판 지지대(22)를 가스 분사부(30)에 근접하도록 이동시킬 수 있다. 또한, 기판 지지대(22) 내부에는 히터(미도시)가 설치될 수 있다. 히터는 소정 온도로 발열하여 기판 지지대(22) 및 상기 기판 지지대(22)에 안착된 기판(S)을 가열하여, 기판(S)에 균일하게 박막이 증착되도록 한다.
공급 배관(40)은 챔버(10)의 덮개(14)를 관통하도록 설치될 수 있으며, 가스 분사부(30)와 제1 가스 제공부(50) 및 제2 가스 제공부(60)를 상호 연결하도록 연장 형성될 수 있다. 여기서, 공급 배관(40)은 후술하는 상부 프레임(32)의 상면과 덮개(14) 사이의 공간과, 제1 가스 제공부(50)를 연결하는 제1 공급 배관(42) 및 후술하는 하부 프레임(34)의 상면과 상기 상부 프레임(32)의 하면 사이의 공간과, 제2 가스 제공부(60)를 연결하는 제2 공급 배관(44)을 포함할 수 있다.
제1 가스 제공부(50)는 제1 공급 배관(42)을 통해 가스 분사부(30)에 제1 확산 가스와 함께 원료 가스를 제공한다. 여기서, 제1 가스 제공부(50)는 원료 가스를 제공하기 위한 원료 가스 제공부(52) 및 제1 확산 가스를 제공하기 위한 제1 확산 가스 제공부(54)를 포함할 수 있다. 이때, 원료 가스 제공부(52)는 제1 공급 배관(42)의 일단에 연결될 수 있으며, 제1 확산 가스 제공부(54)는 가스 분사부(30)와 원료 가스 제공부(52)를 연결하는 제1 공급 배관(42)의 연장 경로 상에 연결될 수 있다. 한편, 원료 가스는 금속 산화물 박막을 형성하기 위한 원료 가스를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 아연(Zn) 중 적어도 하나를 함유하는 가스일 수 있다. 또한, 제1 확산 가스는 원료 가스를 확산시키기 위한 불활성 가스를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 아르곤(Ar) 또는 질소(N2) 가스를 포함할 수 있다. 도 1에서는 설명의 편의상 원료 가스 제공부(52)가 하나로 마련되는 모습을 도시하였으나, 원료 가스 제공부(52)는 반드시 하나의 가스를 제공하는 것은 아니며, 인듐(In)을 함유하는 가스, 갈륨(Ga)을 함유하는 가스 및 아연(Zn)을 함유하는 가스를 각각 제공하거나, 복수의 가스 중 선택된 가스를 제공하도록 구성될 수 있다.
제2 가스 제공부(60)는 제2 공급 배관(44)을 통해 가스 분사부(30)에 제2 확산 가스와 함께 반응 가스를 제공한다. 여기서, 제2 가스 제공부(60)는 반응 가스를 제공하기 위한 반응 가스 제공부(62) 및 제2 확산 가스를 제공하기 위한 제2 확산 가스 제공부(64)를 포함할 수 있다. 이때, 반응 가스 제공부(62)는 제2 공급 배관(44)의 일단에 연결될 수 있으며, 제2 확산 가스 제공부(64)는 가스 분사부(30)와 반응 가스 제공부(62)를 연결하는 제2 공급 배관(44)의 연장 경로 상에 연결될 수 있다. 한편, 반응 가스는 금속 산화물 박막을 형성하기 위한 반응 가스를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 산소(O)를 함유하는 가스일 수 있다. 또한, 제2 확산 가스는 반응 가스를 확산시키기 위한 불활성 가스를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 아르곤(Ar) 또는 질소(N2) 가스를 포함할 수 있다.
가스 분사부(30)는 상기 챔버(10) 내부, 예를 들어 덮개(14)의 하면에 설치되며, 가스 분사부(30)의 내부에는 원료 가스 및 제1 확산 가스를 기판(S) 상에 분사하여 공급하기 위한 제1 가스 공급 경로와, 반응 가스 및 제2 확산 가스를 기판(S) 상에 분사하여 공급하기 위한 제2 가스 공급 경로가 형성된다. 상기 제1 가스 공급 경로 및 제2 가스 공급 경로는 서로 독립적이고 분리되도록 형성되어, 상기 제1 가스 및 상기 제2 가스가 가스 분사부(30) 내에서 혼합되지 않도록 분리하여 기판(S) 상에 공급할 수 있다.
상기 가스 분사부(30)는 상부 프레임(32) 및 하부 프레임(34)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 상부 프레임(32)은 상기 덮개(14)의 하면에 착탈 가능하게 결함됨과 동시에 상면의 일부, 예를 들어 상면의 중심부가 상기 덮개(14)의 하면으로부터 소정 거리로 이격된다. 이에 따라 상기 상부 프레임(32)의 상면과 상기 덮개(14)의 하면 사이의 공간에서 제1 가스 제공부(50)로부터 제공되는 원료 가스 및 제1 확산 가스가 확산될 수 있다. 또한, 상기 하부 프레임(34)은 상기 상부 프레임(32)의 하면에 일정 간격 이격되어 설치된다. 이에 따라 상기 하부 프레임(34)의 상면과 상기 상부 프레임(32)의 하면 사이의 공간에서 제2 가스 제공부(60)로부터 제공되는 반응 가스 및 제2 확산 가스가 확산될 수 있다. 상기 상부 프레임(32)과 상기 하부 프레임(34)은 외주면을 따라 연결되어 내부에 이격 공간을 형성하여 일체로 형성될 수 있으며, 별도의 밀봉 부재에 의하여 외주면을 밀폐하는 구조로 이루어질 수도 있음은 물론이다.
상기 제1 가스 공급 경로는 제1 가스 제공부(50)로부터 제공되는 원료 가스 및 제1 확산 가스가 상기 덮개(14)의 하면과 상기 상부 프레임(32) 사이의 공간에서 확산되어, 상기 상부 프레임(32) 및 상기 하부 프레임(34)을 관통하여 챔버(10) 내부로 공급되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 가스 공급 경로는 제2 가스 제공부(60)로부터 제공되는 반응 가스 및 제2 확산 가스가 상기 상부 프레임(32)의 하면과 상기 하부 프레임(34)의 상면 사이의 공간에서 확산되어 상기 하부 프레임(34)을 관통하여 챔버(10) 내부로 공급되도록 형성될 수 있다. 상기 제1 가스 공급 경로 및 상기 제2 가스 공급 경로는 상호 연통되지 않을 수 있으며, 이에 의하여 원료 가스 및 제1 확산 가스와, 반응 가스 및 제2 확산 가스는 가스 분사부(30)를 거쳐 상기 챔버(10) 내부에 서로 다른 경로로 공급될 수 있다.
상기 하부 프레임(34)의 하면에는 제1 전극(38)이 설치될 수 있으며, 상기 하부 프레임(24)의 하측 및 제1 전극(28)의 외측으로는 소정 간격 이격되어 제2 전극(36)이 설치될 수 있다. 이때, 하부 프레임(34)과 제2 전극(36)은 외주면을 따라 연결되어 형성될 수 있으며, 별도의 밀봉 부재에 의하여 외주면을 밀폐하는 구조로 이루어질 수도 있음은 물론이다.
이와 같이, 제1 전극(38) 및 제2 전극(36)이 설치되는 경우, 원료 가스 및 제1 확산 가스는 제1 전극(38)을 관통하여 기판 상에 분사될 수 있으며, 반응 가스 및 제2 확산 가스는 제1 전극(38)과 제2 전극(36) 사이의 이격 공간을 통하여 기판 상에 분사될 수 있다.
여기서, 하부 프레임(34)과 제2 전극(36) 중 어느 하나에는 RF 전원(50)으로부터 RF 전력이 인가될 수 있다. 도 1에서는 하부 프레임(34)이 접지되고, 제2 전극(36)에 RF 전력이 인가되는 구조를 예로 들어 도시하였다. 하부 프레임(34)이 접지되는 경우, 상기 하부 프레임(34)의 하면에 설치된 제1 전극(38) 또한 접지된다. 따라서, 제2 전극(36)에 RF 전원(50)이 인가되는 경우 상기 가스 분사부(30)와 상기 기판 지지부(20) 사이에는 제1 활성화 영역, 즉 제1 플라즈마 영역이 형성되고, 상기 제1 전극(38)과 상기 제2 전극(36) 사이에는 제2 활성화 영역, 즉 제2 플라즈마 영역이 형성될 수 있다.
따라서, 반응 가스 및 제2 확산 가스가 제1 전극(38) 및 제2 전극(36) 사이의 이격 공간을 통하여 분사되는 경우, 반응 가스는 가스 분사부(30)의 내부에 해당하는 상기 제1 전극(38)과 상기 제2 전극(36) 사이, 즉 제2 플라즈마 영역에서부터 제1 플라즈마 영역까지의 영역에 걸쳐 활성화된다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 증착 장치에서는 반응 가스를 가스 분사부(30)의 내부에서 활성화시켜 기판 상에 분사할 수 있다. 또한, 원료 가스 및 제1 확산 가스를 공급하기 위한 제1 가스 공급 경로와 반응 가스 및 제2 확산 가스를 공급하기 위한 제2 가스 공급 경로가 분리 형성됨으로 인하여, 원료 가스 및 반응 가스가 가스 분사부(30) 내에서 반응하는 것을 방지하고, 원료 가스 및 반응 가스를 박막을 증착하기 위한 최적의 공급 경로로 분배시켜 분사할 수 있다.
이하에서, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 박막 증착 방법을 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 방법의 설명에 있어서, 전술한 증착 장치에 관한 설명과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 방법의 공정 사이클을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 제1 확산 가스 및 제2 확산 가스의 공급량을 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 방법은, 공정 공간에 마련된 기판(S) 상에, 제1 확산 가스와 함께 원료 가스를 공급하는 단계(S100) 및 상기 원료 가스를 공급하는 단계(S100)와 연속되도록, 상기 기판(S) 상에 제2 확산 가스와 함께 반응 가스를 공급하는 단계(S200)를 포함한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 방법은, 상기 제1 확산 가스 및 원료 가스와, 상기 제2 확산 가스 및 반응 가스를 서로 다른 경로로 상기 기판(S) 상에 공급한다. 또한, 상기 원료 가스를 공급하는 단계(S100) 및 상기 반응 가스를 공급하는 단계(S200)를 포함하는 공정 사이클은 복수 회로 수행될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 방법은, 기존의 원자층 증착(ALD; Atomic Layer Deposition) 공정에서 원료 가스를 퍼지하는 단계와 반응 가스를 퍼지하는 단계를 생략하여, 원료 가스를 공급하는 단계(S100)와 반응 가스를 공급하는 단계(S200)로 구성되는 공정 사이클을 복수 회로 수행하여 기판(S) 상에 원하는 두께의 박막을 형성한다.
이때, 기존의 원자층 증착 공정에서 단순히 원료 가스를 퍼지하는 단계와 반응 가스를 퍼지하는 단계만을 생략하는 경우, 원료 가스가 기판(S) 상에 균일하게 흡착되지 못하여 증착 균일성이 저하되는 문제가 발생하며, 반응 가스를 공급하는 중에 반응 가스가 가스 분사부(30) 내에 잔류하는 원료 가스와 반응하여 가스 분사부(30) 내에서 다량의 파티클(particle)을 발생시키는 문제가 발생한다.
이에, 본 발명의 실시 예에서는 원료 가스를 이동시키기 위한 제1 확산 가스와 함께 원료 가스를 기판(S) 상에 공급하고, 반응 가스를 이동시키기 위한 제2 확산 가스와 함께 반응 가스를 기판(S) 상에 공급하되, 상기 제1 확산 가스 및 원료 가스와, 상기 제2 확산 가스 및 반응 가스를 서로 다른 경로로 상기 기판 상에 공급하여, 원료 가스와 반응 가스가 미리 반응하는 것을 방지하고, 기판(S) 상에 원료 가스의 흡착과 반응 가스에 의한 반응이 이루어지도록 하여 기존의 원자층 증착 공정에 의하여 형성되는 박막과 동등한 수준의 품질을 가지는 박막을 형성할 수 있다.
즉, 전술한 바와 같이, 가스 분사부(30)에는 원료 가스 및 제1 확산 가스를 기판(S) 상에 공급하기 위한 제1 가스 공급 경로와, 반응 가스 및 제2 확산 가스를 기판(S) 상에 공급하기 위한 제2 가스 공급 경로가 분리되어 형성된다. 이에, 원료 가스 및 반응 가스는 가스 분사부(30)로부터 분사되기 전에는 서로 분리되어 반응하지 않는다. 또한, 제1 가스 공급 경로를 통해서는 원료 가스 및 상기 원료 가스의 이동을 제어하는 제1 확산 가스가 공급되고, 제2 가스 공급 경로를 통해서는 반응 가스 및 상기 반응 가스의 이동을 제어하는 제2 확산 가스가 공급된다. 따라서 원료 가스를 공급하는 단계(S100)에서 원료 가스는 제1 확산 가스에 의하여 공정 공간을 거쳐 빠르게 챔버(10) 외부로 배출되고, 반응 가스를 공급하는 단계(S200)에서 반응 가스는 공정 공간을 거쳐 빠르게 챔버(10) 외부로 배출됨으로써 가스 분사부(30)로부터 분사된 후에도 원료 가스와 반응 가스가 공정 공간 내에 동시에 잔류하여 반응하는 것을 최소화할 수 있다. 이하에서, 상기의 기술적 효과를 달성할 수 있는 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 방법을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
원료 가스를 공급하는 단계(S100) 전에 기판(S)을 마련하는 단계가 수행될 수 있다. 기판(S)을 마련하는 단계는 기판(S)을 전술한 증착 장치의 챔버(10) 내로 반입하여 기판 지지부(20) 상에 안착시킨다. 여기서, 기판(S)은 박막 트랜지스터를 제조하기 위한 기판일 수 있으며, 예를 들어 실리콘 기판, 글래스 기판 또는 플라스틱 기판을 포함할 수 있다. 이와 같이 마련된 기판(S)을 사용하여 제조된 박막 트랜지스터와 관련하여는 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.
원료 가스를 공급하는 단계(S100)는 챔버(10) 내의 공정 공간에 마련된 기판(S) 상에 제1 확산 가스와 함께 원료 가스를 공급한다. 여기서, 원료 가스는 전술한 증착 장치의 원료 가스 제공부(52)로부터 제공되어 가스 분사부(30)에 마련된 제1 가스 공급 경로를 통해 기판(S) 상에 공급된다. 또한, 제1 확산 가스는 제1 확산 가스 제공부(54)로부터 제공되어, 가스 분사부(30)에 마련된 제1 가스 공급 경로를 통해 기판(S) 상에 공급된다.
여기서, 원료 가스 제공부(52)는 제1 공급 배관(42)의 일단에 연결될 수 있으며, 제1 확산 가스 제공부(54)는 원료 가스 제공부(52)와 별개로, 가스 분사부(30)와 원료 가스 제공부(52)를 연결하는 제1 공급 배관(42)의 연장 경로 상에 연결될 수 있다. 이에 의하여, 제1 확산 가스는 제1 가스 공급 경로 내에서 원료 가스와 혼합되어 기판(S) 상에 공급될 수 있다. 이와 같이, 제1 확산 가스를 제1 가스 공급 경로의 도중에서 원료 가스와 혼합하여 기판(S) 상에 공급함으로써, 원료 가스와 미리 혼합되어 단순히 원료 가스를 수송하는 역할만을 수행하는 캐리어(carrier) 가스와 달리, 제1 확산 가스는 원료 가스의 이동을 제어할 수 있을 뿐만 아니라 기판(S) 상에서 원료 가스를 확산시키기 위한 역할을 수행할 수 있게 된다.
여기서, 원료 가스는 금속 산화물 박막을 형성하기 위한 원료 가스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 원료 가스는 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 아연(Zn) 중 적어도 하나를 함유하는 가스일 수 있다. 또한, 제1 확산 가스는 원료 가스를 확산시키기 위한 불활성 가스를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 아르곤(Ar) 가스 또는 질소(N2) 가스를 포함할 수 있다. 한편, 원료 가스는 반드시 하나의 원료 가스 제공부(52)로부터 제공되는 것은 아니며, 인듐(In)을 함유하는 가스, 갈륨(Ga)을 함유하는 가스 및 아연(Zn)을 함유하는 가스가 각각 제공되거나, 복수의 가스 중 선택된 가스가 제공되도록 구성될 수 있음은 전술한 바와 같다.
원료 가스를 공급하는 단계(S100)는 제1 확산 가스와 함께 원료 가스를 기판(S) 상에 공급하여, 원료 가스의 이동을 제어하면서 기판(S) 상에 원료 가스에 포함된 원료 물질을 흡착시킨다. 이때, 원료 가스를 공급하는 단계(S100)는 전원을 인가하지 않고 수행될 수 있다.
반응 가스를 공급하는 단계(S200)는 상기 원료 가스를 공급하는 단계(S100)와 연속되도록 기판(S) 상에 제2 확산 가스와 함께 반응 가스를 공급한다. 즉, 원료 가스를 공급하는 단계(S100) 이후에는 원료 가스를 퍼지하는 단계가 수행되지 않고 원료 가스를 공급하는 단계(S100)와 연속하여 반응 가스를 공급하는 단계(S200)를 수행한다.
반응 가스를 공급하는 단계(S200)는 원료 가스 및 제1 확산 가스가 분사된 기판(S) 상에 제2 확산 가스와 함께 반응 가스를 공급한다. 여기서, 반응 가스는 전술한 증착 장치의 반응 가스 제공부(62)로부터 제공되어 가스 분사부(30)에 마련된 제2 가스 공급 경로를 통해 기판(S) 상에 공급된다. 또한, 제2 확산 가스는 제2 확산 가스 제공부(64)로부터 제공되어, 가스 분사부(30)에 마련된 제2 가스 공급 경로를 통해 기판(S) 상에 공급된다.
여기서, 반응 가스 제공부(62)는 제2 공급 배관(44)의 일단에 연결될 수 있으며, 제2 확산 가스 제공부(64)는 반응 가스 제공부(62)와 별개로, 가스 분사부(30)와 반응 가스 제공부(62)를 연결하는 제2 공급 배관(44)의 연장 경로 상에 연결될 수 있다. 이에 의하여, 제2 확산 가스는 제2 가스 공급 경로 내에서 반응 가스와 혼합되어 기판(S) 상에 공급될 수 있다. 이와 같이, 제2 확산 가스를 제2 가스 공급 경로의 도중에서 반응 가스와 혼합하여 기판(S) 상에 공급함으로써, 반응 가스와 미리 혼합되어 단순히 반응 가스를 수송하는 역할만을 수행하는 캐리어(carrier) 가스와 달리, 제2 확산 가스는 반응 가스의 이동을 제어할 수 있을 뿐만 아니라 기판(S) 상에서 반응 가스를 확산시키기 위한 역할을 수행할 수 있게 됨은 제1 확산 가스의 경우와 같다.
여기서, 반응 가스는 원료 가스와 반응하여 금속 산화물 박막을 형성하기 위한 반응 가스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응 가스는 산소(O)를 함유하는 가스일 수 있다. 또한, 제2 확산 가스는 반응 가스를 확산시키기 위한 불활성 가스를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 아르곤(Ar) 가스 또는 질소(N2) 가스를 포함할 수 있다.
이때, 반응 가스를 공급하는 단계(S200)에서는 반응 가스에 포함되는 산소(O) 성분을 아연(Zn) 성분과 효과적으로 반응시키기 위하여 반응 가스를 활성화시켜 플라즈마가 발생되도록 공정 공간에 RF 전원(50)을 인가할 수 있다. 이와 같이, 반응 가스를 공급하는 단계(S200)에서 반응 가스를 활성화시켜 공급함에 의하여 공급되는 산소 함유 가스를 산소 라디칼로 활성화시켜 아연 성분과 반응시키고, 기판 상에 산화아연 박막을 보다 낮은 공정 온도에서 형성할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시 예에서는 원료 가스를 공급하는 단계(S100)에서 제1 확산 가스의 공급량을 제2 확산 가스의 공급량과 다르게 제어할 수 있다. 즉, 기판(S) 상에 박막을 증착함에 있어 박막의 두께 등은 원료 물질이 기판(S)에 흡착되는 정도에 따라 결정되므로, 기판(S) 상에 공급되는 원료 가스의 공급 속도는 박막의 두께를 제어하기 위하여 공정 조건에 따라 서로 다르게 제어될 필요가 있다. 이에, 본 발명의 실시 예에서는 원료 가스를 공급하는 단계(S100)에서 제1 확산 가스의 공급량을 반응 가스를 공급하는 단계(S200)에서 제2 확산 가스의 공급량과 다르게 제어할 수 있다.
또한, 원료 가스를 공급하는 단계(S100)에서 제1 확산 가스의 공급량은 제2 확산 가스의 공급량보다 상대적으로 적게 제어될 수도 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에서는 원료 가스를 공급하는 단계(S100)에서 제1 확산 가스의 공급량을 반응 가스를 공급하는 단계(S200)에서 제2 확산 가스의 공급량보다 적게 제어할 수도 있다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 원료 가스를 공급하는 단계(S100)에서 제1 확산 가스의 공급량은 M1으로 제어될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 반응 가스를 공급하는 단계(S200)에서 제2 확산 가스의 공급량은 M1보다 많은 M2로 제어될 수 있다.
일반적으로, 원자층 증착 공정에서는 원료 가스를 공급한 이후, 원료 가스를 퍼지하는 과정에서 원료 가스가 확산되어 기판(S) 상에 균일하게 흡착된다. 그러나, 원료 가스를 공급한 이후, 원료 가스를 퍼지하는 과정을 수행하지 않게 되면, 원료 가스가 기판(S) 상에서 균일하게 확산되지 못하여 기판(S)의 중심부에서 많은 양의 원료 물질이 흡착되고, 기판(S)의 가장자리부에서 상대적으로 적은 양의 원료 물질이 흡착되어 증착 균일성이 저하되는 문제가 발생한다.
이에, 본 발명의 실시 예에서는 원료 가스를 공급하는 단계(S100)에서 제1 확산 가스의 공급량(M1)을 반응 가스를 공급하는 단계(S200)에서 제2 확산 가스의 공급량(M2)보다 상대적으로 적게 제어한다. 이와 같이, 제1 확산 가스의 공급량(M1)을 반응 가스를 공급하는 단계(S200)에서 제2 확산 가스의 공급량(M2)보다 상대적으로 적게 제어함으로써, 원료 가스는 기판(S) 상에서 상대적으로 느린 속도로 확산되게 되고, 이에 의하여 원료 가스가 기판(S)의 가장자리부까지 균일하게 확산되어 균일한 두께로 기판(S)에 원료 물질이 흡착될 수 있게 된다. 즉, 기판(S) 상에 증착되는 박막의 두께는 원료 물질의 흡착 정도에 의하여 결정되므로, 제1 확산 가스의 공급량(M1)을 상대적으로 적게 제어함으로써 증착 균일성을 향상시킬 수 있다. 한편, 반응 가스는 기판(S)에 이미 흡착된 원료 물질과 반응하기 위한 반응 물질을 제공하기 위한 것으로, 기판(S) 상에 원료 물질과 반응하기 위한 반응 물질을 빠르게 제공하기 위하여 제2 확산 가스의 공급량(M2)은 원료 가스를 공급하는 단계(S100)에서 제1 확산 가스의 공급량(M1)보다 많게 제어할 수 있다.
한편, 원료 가스를 공급하는 단계(S100)에서 제2 확산 가스는 상기 제1 확산 가스 및 원료 가스와 함께 상기 기판(S) 상에 공급될 수 있으며, 반응 가스를 공급하는 단계(S200)에서 제1 확산 가스는 상기 제2 확산 가스 및 반응 가스와 함께 상기 기판(S) 상에 공급될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 방법은, 가스 분사부(30)에 형성된 제1 가스 공급 경로를 통하여 챔버(10)의 공정 공간에 제1 확산 가스 및 원료 가스를 공급하고, 상기 가스 분사부(30)에 형성된 제2 가스 공급 경로를 통하여 상기 공정 공간에 제2 확산 가스를 공급하는 제1 단계 및 상기 제1 가스 공급 경로를 통하여 상기 공정 공간에 상기 제1 확산 가스를 공급하고, 상기 제2 가스 공급 경로를 통하여 상기 공정 공간에 상기 제2 확산 가스 및 반응 가스를 공급하는 제2 단계;를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 단계와 제2 단계는 연속적으로 진행되어 하나의 공정 사이클을 이루고, 상기 제1 단계와 제2 단계가 연속적으로 진행되는 공정 사이클은 반복적으로 수행될 수 있다.
이를 보다 상세히 설명하면, 원료 가스를 공급하는 단계(S100)에서 제1 확산 가스 및 원료 가스는 제1 가스 공급 경로를 통하여 기판(S) 상에 공급되고, 동시에 제2 확산 가스는 제2 가스 공급 경로를 통하여 기판(S) 상에 공급된다. 또한, 반응 가스를 공급하는 단계(S200)에서 제2 확산 가스 및 반응 가스는 제2 가스 공급 경로를 통하여 기판(S) 상에 공급되고, 동시에 제1 확산 가스는 제1 가스 공급 경로를 통하여 기판(S) 상에 공급될 수 있다.
이와 같이, 제2 가스 공급 경로를 통하여 반응 가스 및 제2 확산 가스를 공급하는 중에 제1 가스 공급 경로를 통하여 제1 확산 가스를 공급함으로써 반응 가스가 제1 가스 공급 경로로 유입되는 것을 방지하고, 제1 가스 유입 경로 내에서 원료 가스와 반응 가스가 반응하여 파티클이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 제1 가스 공급 경로를 통하여 원료 가스 및 제2 확산 가스를 공급하는 중에 제2 가스 공급 경로를 통하여 제2 확산 가스를 공급함으로써 원료 가스가 제2 가스 공급 경로로 유입되는 것을 방지하고, 제2 가스 유입 경로 내에서 원료 가스와 반응 가스가 반응하여 파티클이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 제2 가스 공급 경로를 통하여 반응 가스 및 제2 확산 가스를 공급하는 중에 제1 가스 공급 경로를 통하여 제1 확산 가스를 공급함으로써, 제1 가스 공급 경로 내에 잔류하는 원료 가스를 신속하게 배출할 수 있다. 즉, 원료 가스를 공급하는 단계(S100)에서 공급된 원료 가스는 반응 가스를 공급하는 단계(S200)에서는 공급이 중단되지만, 원료 가스를 공급하는 단계(S100)에서 이미 배출된 원료 가스는 제1 가스 공급 경로 내에 잔류할 수 있다. 이에, 본 발명의 실시 예에서는 제2 가스 공급 경로를 통하여 반응 가스 및 제2 확산 가스를 공급하는 중에 제1 가스 공급 경로를 통하여 제1 확산 가스를 공급함으로써, 제1 가스 공급 경로 내에서 또는 공정 공간 내에서 원료 가스와 반응 가스가 상호 반응하여 불순물이 형성되는 것을 최소화할 수 있다. 이는 제1 가스 공급 경로를 통하여 원료 가스 및 제1 확산 가스를 공급하는 중에 제2 가스 공급 경로를 통하여 제2 확산 가스를 공급하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
이 경우, 결과적으로 제1 확산 가스는 원료 가스를 공급하는 단계(S100) 및 반응 가스를 공급하는 단계(S200)에서 계속적으로 기판(S) 상에 공급된다. 이때, 원료 가스를 공급하는 단계(S100) 및 반응 가스를 공급하는 단계(S100)에서 제1 확산 가스의 공급량은 서로 다르게 제어될 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이, 원료 가스를 공급하는 단계(S100)에서 제1 확산 가스는 제2 확산 가스의 공급량인 M2보다 상대적으로 적은 M1의 공급량으로 공급될 수 있는데, 이는 원료 가스를 기판 상에서 균일하게 확산시키기 위함이다. 반면, 반응 가스를 공급하는 단계(S200)에서 제1 확산 가스는 원료 가스를 균일하게 확산시키기 위함이 아닌, 반응 가스가 제1 가스 공급 경로로 유입되는 것을 방지하기 위한 것이다. 따라서, 반응 가스를 공급하는 단계(S200)에서 제1 확산 가스는 M1보다 많은 양으로 공급될 수 있으며, 예를 들어 반응 가스를 공급하는 단계(S200)에서 제2 확산 가스의 공급량인 M2의 공급량으로 공급되도록 제어되어, 반응 가스가 제1 가스 공급 경로로 유입되는 것을 효과적으로 차단할 수 있게 된다.
도 4에서는 제1 확산 가스가 원료 가스를 공급하는 단계(S100) 및 반응 가스를 공급하는 단계(S200)에서 각각 M1 및 M2의 양으로 공급되고, 제2 확산 가스가 원료 가스를 공급하는 단계(S100) 및 반응 가스를 공급하는 단계(S200)에서 M2의 양으로 공급되는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 제1 확산 가스의 공급량과 제2 확산 가스의 공급량은 다양하게 제어될 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 반응 가스를 공급하는 단계(S200)에서 제1 확산 가스의 공급량은 M1보다 큰 범위 내에서 M2보다 작거나 크게 제어될 수 있다. 또한, 제1 확산 가스의 공급량 및 제2 확산 가스의 공급량은, 원료 가스를 공급하는 단계(S100) 또는 반응 가스를 공급하는 단계(S200)에서 반드시 M1 또는 M2로 일정하게 유지될 필요는 없으며, 공정 조건에 따라 증가 또는 감소하도록 다양하게 변화시킬 수도 있음은 물론이다.
이와 같이, 원료 가스를 공급하는 단계(S100) 및 반응 가스를 공급하는 단계(S200)를 포함하는 공정 사이클은 원하는 두께의 박막이 증착될 때까지 복수 회로 수행될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 방법은 반응 가스를 공급하는 단계(S200) 이후에 반응 가스를 퍼지하는 단계를 수행하지 않고, 원료 가스를 공급하는 단계(S100) 및 반응 가스를 공급하는 단계(S200)를 하나의 공정 사이클로 하여, 상기 공정 사이클을 복수 회로 수행하여 박막을 증착할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 제조되는 박막 트랜지스터의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따라 제조되는 박막 트랜지스터는 게이트 전극(100), 상기 게이트 전극(100)의 상부 또는 하부에 배치되고, 수평 방향으로 서로 이격되는 소스 전극(400) 및 드레인 전극(500), 상기 게이트 전극(100)과, 소스 전극(400) 및 드레인 전극(500) 사이에 배치되는 활성층(300) 및 상기 게이트 전극(100)과, 활성층(300) 사이에 배치되는 게이트 절연막(200)을 포함한다.
여기서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 트랜지스터는 도 5에 도시된 바와 같이 기판(S) 상에 형성되는 게이트 전극(100)과, 게이트 전극(100) 상에 형성되는 게이트 절연막(200)과, 게이트 절연막(200) 상에 형성되는 활성층(300)과, 활성층(300) 상에 상호 이격되어 형성되는 소스 전극(400) 및 드레인 전극(500)을 포함하는 바텀 게이트(bottom gate)형 박막 트랜지스터일 수도 있으나, 이와 달리 게이트 전극(100)이 상부에 배치되는 탑 게이트(top gate)형 박막 트랜지스터에도 동일하게 적용될 수도 있음은 물론이다.
여기서, 기판(S)은 투명 기판을 이용할 수 있으며, 예를 들어 실리콘 기판, 글래스 기판 또는 플렉서블(flexible) 디스플레이를 구현하는 경우에는 플라스틱 기판이 사용될 수 있다. 또한, 기판(S)은 반사형 기판이 이용될 수 있으며, 이 경우 메탈 기판을 사용할 수 있다. 메탈 기판은 스테인레스 스틸(SUS), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo) 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다. 한편, 기판(S)으로 메탈 기판을 이용할 경우, 메탈 기판 상부에 절연막을 형성하는 것이 바람직하다.
게이트 전극(100)은 도전 물질을 이용하여 형성할 수 있는데, 예를 들어 알루미늄(Al), 네오디뮴(Nd), 은(Ag), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo) 및 구리(Cu) 중 적어도 어느 하나의 금속 또는 이들을 포함하는 합금으로 형성할 수 있다. 또한, 게이트 전극(100)은 단일층 뿐 아니라 복수 개의 금속층으로 이루어지는 다중층으로 형성할 수 있다. 즉, 물리 화학적 특성이 우수한 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo) 등의 금속층과 비저항이 작은 알루미늄(Al) 계열, 은(Ag) 계열 또는 구리(Cu) 계열의 금속층을 포함하는 이중층으로 형성할 수도 있다.
게이트 절연막(200)은 적어도 게이트 전극(100) 상부에 형성된다. 즉, 게이트 절연막(200)은 게이트 전극(100)의 상부 및 측부를 포함한 기판(S) 상에 형성될 수 있다. 게이트 절연막(200)은 금속 물질과의 밀착성이 우수하며 절연 내압이 우수한 실리콘 옥사이드(SiO2), 실리콘 나이트라이드(SiN), 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2)를 포함하는 무기 절연막 중 하나 또는 그 이상의 절연 물질을 이용하여 형성할 수 있다.
활성층(300)은 게이트 절연막(200)과 소스 전극(400) 및 드레인 전극(5000) 사이에 형성되며, 적어도 일부가 게이트 전극(100)과 중첩되도록 형성된다. 활성층(300)은 금속 산화물 박막을 포함하여 형성될 수 있는데, 이와 같은 금속 산화물 박막은 전술한 바와 같이, 공정 공간에 마련된 기판(S) 상에, 제1 확산 가스와 함께 원료 가스를 공급하는 단계(S100) 및 상기 원료 가스를 공급하는 단계(S100)와 연속되도록, 상기 기판(S) 상에 제2 확산 가스와 함께 반응 가스를 공급하는 단계(S200)를 포함하는 박막 증착 방법으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 원료 가스를 공급하는 단계(S100) 및 상기 반응 가스를 공급하는 단계(S200)를 포함하는 공정 사이클은 복수 회로 수행되고, 상기 제1 확산 가스 및 원료 가스와, 상기 제2 확산 가스 및 반응 가스를 서로 다른 경로로 상기 기판(S) 상에 공급함은 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 방법에서 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
한편, 활성층(300)은 단일 금속 산화물 박막으로 형성될 수도 있고, 복수 개의 금속 산화물 박막으로 형성될 수도 있다. 이때, 활성층(300)은 금속 산화물 박막의 전기 전도도를 각 금속 산화물 박막에 함유되는 금속 원소의 종류 및 함량을 제어하여 조절할 수 있다. 즉, 인듐(In)은 밴드 갭(band gap)이 상대적으로 낮고, 표준 전극 전위(standard electrode potential)가 상대적으로 높은 금속으로 저항을 낮추고 전기 전도도를 증가시켜 이동도를 향상시키는 특징이 있다. 반면, 갈륨(Ga)은 밴드 갭이 상대적으로 높고, 표준 전극 전위가 상대적으로 높은 금속으로 저항을 높이고 전기 전도도를 감소시켜 안정성을 향상시키는 특징이 있다. 따라서, 단일 금속 산화물 박막 또는 복수 개의 금속 산화물 박막에 각각 포함되는 인듐(In) 및 갈륨(Ga)의 함량을 제어하여 활성층을 형성할 수 있다. 이와 같은 금속 산화물 박막은 인듐-아연 산화물(IZO; In-Zn-O) 박막, 갈륨-아연 산화물(GZO; Ga-Zn-O) 박막 및 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO; In-Ga-Zn-O) 박막 중 적어도 하나의 박막을 포함할 수 있다.
소스 전극(400) 및 드레인 전극(500)은 활성층(300) 상부에 형성되며, 게이트 전극(100)과 일부 중첩되어 게이트 전극(100)을 사이에 두고 소스 전극(400)과 드레인 전극(500)이 상호 이격되어 형성될 수 있다. 소스 전극(400) 및 드레인 전극(500)은 상호 동일 물질을 이용한 동일 공정에 의해 형성할 수 있으며, 도전성 물질을 이용하여 형성할 수 있는데, 예를 들어 알루미늄(Al), 네오디뮴(Nd), 은(Ag), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 어느 하나의 금속 또는 이들을 포함하는 합금으로 형성할 수 있다. 즉, 게이트 전극(100)과 동일 물질로 형성할 수 있으나, 다른 물질로 형성할 수도 있다. 또한, 소스 전극(400) 및 드레인 전극(500)은 각각 단일층 뿐 아니라 복수 금속층의 다중층으로 형성할 수도 있음은 물론이다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 기판 상에 박막을 증착하기 위한 공정 속도를 향상시킬 수 있다.
즉, 기존의 원자층 증착 공정에서 원료 가스를 퍼지하는 단계와 반응 가스를 퍼지하는 단계를 생략하여 공정 시간을 최소화할 수 있다.
또한, 원료 가스를 퍼지하는 단계와 반응 가스를 퍼지하는 단계를 생략하면서도, 기존의 원자층 증착 공정에 의하여 형성되는 박막과 동등한 수준의 품질을 가지는 박막을 형성할 수 있다.
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 공정 공간에 마련된 기판 상에, 제1 확산 가스와 함께 원료 가스를 공급하는 단계; 및
    상기 원료 가스를 공급하는 단계와 연속되도록, 상기 기판 상에 제2 확산 가스와 함께 반응 가스를 공급하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 확산 가스 및 원료 가스와, 상기 제2 확산 가스 및 반응 가스를 서로 다른 경로로 상기 기판 상에 공급하는 박막 증착 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 확산 가스는 상기 원료 가스를 공급하는 경로 내에서 상기 원료 가스와 혼합되고,
    상기 제2 확산 가스는 상기 반응 가스를 공급하는 경로 내에서 상기 반응 가스와 혼합되는 박막 증착 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 원료 가스를 공급하는 단계에서 상기 제1 확산 가스의 공급량을 상기 제2 확산 가스의 공급량과 다르게 제어하는 박막 증착 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 원료 가스를 공급하는 단계에서 상기 제1 확산 가스의 공급량을 상기 제2 확산 가스의 공급량보다 상대적으로 적게 제어하는 박막 증착 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 원료 가스를 공급하는 단계에서 상기 제2 확산 가스를 상기 제1 확산 가스 및 원료 가스와 함께 상기 기판 상에 공급하고,
    상기 반응 가스를 공급하는 단계에서 상기 제1 확산 가스를 상기 제2 확산 가스 및 반응 가스와 함께 상기 기판 상에 공급하는 박막 증착 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 원료 가스를 공급하는 단계 및 상기 반응 가스를 공급하는 단계에서 상기 제1 확산 가스의 공급량을 서로 다르게 제어하는 박막 증착 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 원료 가스를 공급하는 단계에서 상기 제1 확산 가스의 공급량을 상기 반응 가스를 공급하는 단계에서의 상기 제1 확산 가스의 공급량보다 상대적으로 적게 제어하는 박막 증착 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응 가스를 공급하는 단계에서 상기 공정 공간에 플라즈마를 발생시키도록 전원을 인가하는 박막 증착 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 원료 가스를 공급하는 단계 및 상기 반응 가스를 공급하는 단계를 포함하는 공정 사이클은 복수 회로 수행되는 박막 증착 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 확산 가스 및 제2 확산 가스는 불활성 가스를 포함하는 박막 증착 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 원료 가스는 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 아연(Zn) 중 적어도 하나를 함유하는 가스이고,
    상기 반응 가스는 산소를 함유하는 가스인 박막 증착 방법.
  12. 가스 분사부에 형성된 제1 가스 공급 경로를 통하여 제1 확산 가스 및 원료 가스를 공급하고, 상기 가스 분사부에 형성된 제2 가스 공급 경로를 통하여 제2 확산 가스를 공급하는 제1 단계; 및
    상기 제1 가스 공급 경로를 통하여 상기 제1 확산 가스를 공급하고, 상기 제2 가스 공급 경로를 통하여 상기 제2 확산 가스 및 반응 가스를 공급하는 제2 단계;를 포함하고,
    상기 제1 단계와 제2 단계가 연속적으로 진행되는 공정 사이클은 반복적으로 수행되는 박막 증착 방법.
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