하프늄-함유 높은-ｋ 유전체 물질의 원자 층 증착을 위한 장치 및 방법 document_id A220623031488

반도체 공정에서, 평판 패널 디스플레이 공정 또는 다른 전자 소자 공정 분야에서, 기상 증착 공정은 기판 위에 물질을 증착시키는 데 중요한 역할을 수행해 왔다. 전자 소자의 기하형상이 계속 줄어들고 소자의 밀도가 계속 증가함에 따라 피처(feature)의 크기와 종횡비가 더욱 공격적(aggressive)이 되고 있으며, 예를 들어 0.07μm의 피처 크기와 10 또는 그 초과의 종횡비가 현재 고려되고 있다. 따라서 이러한 소자들을 만들기 위한 물질의 등각(conformal) 증착이 점점 더 중요해 지고 있다. 기존의 화학 기상 증착 (CVD)은 0.15μm 까지 내려가는 종횡비와 기하형상을 가지는 소자에는 효과적임이 입증되었으나 보다 공격적인(aggressive) 소자의 기하형상에는 대안적인 증착 기술이 요구된다. 현재 상당한 관심을 받고 있는 하나의 기술은 원자층 증착 (ALD)이다. ALD 공정 동안 반응물(반응제) 가스들이 기판을 포함하는 공정 챔버로 순차적으로 들어간다. 일반적으로 첫 번째 반응물은 공정 챔버로 펄스화되어 유입되고 그리고 기판 표면으로 흡착된다. 두번째 반응물은 공정 챔버로 펄스화되어 유입되고 그리고 첫 번째 반응물과 반응하여 증착 물질을 형성한다. 대개 각각의 반응물 가스의 공급들 사이에 정화(purge) 단계가 실행된다. 정화 단계는 운반 가스를 이용한 연속적인 정화일 수 있거나 반응물 가스 공급들 사이의 펄스 정화일 수 있다. ALD 공정 동안 금속 및 실리콘 전구체를 산화시켜 높은-ｋ 유전체 물질을 형성하는 것이 당업계에 알려져 있다. 오존 또는 원자 산소는 ALD 공정을 위한 일반적인 산화제 혹은 산화 소스(source)이다. 오존과 산소 원자의 래디컬 상태로 인해 유전체 물질을 형성하는 동안 증착 공정 중에 낮은 공정 온도가 바람직하게 유지될 수 있다. 저온에서의 고반응성이 래디컬 산화제의 속성인 반면 기판 위에 오염 물질을 형성하는 바람직하지 못한 부 반응이 공정 챔버 전체에서 우세하다. 대안으로 물 또는 산소를 산화 소스로 사용하여 ALD 공정 동안 유전체 물질을 형성시킬 수 있다. 그러나 물 또는 산소의 그다지 높지 않은(moderate) 반응성 때문에 ALD 공정은 일반적으로 래디컬 산소 소스보다 더 느린 유량, 더 긴 노출 시간, 및 더 높은 온도를 요구한다. 또한 물 또는 산소를 사용하는 ALD 공정은 각각의 산화제 펄스 후에 연장된 정화기간을 요구하며 따라서 제조 처리량을 늘린다. 게다가 느린 유량과 고온은 보통 기판 표면 위의 오염 물질을 증가시킨다. 증기 산화 공정은 기존의 CVD 공정 동안 금속 또는 실리콘 물질을 페시베이트(passivate)하거나 산화하는데 이용되어 왔다. 일례로 수증기는 보조 용기 내에 포함된 물을 끓여 생성된 후에 공정 챔버 안으로 배관 공급된다(plumb). 다른 예로 수소 가스와 산소 가스는 고온(예를 들어 003e#1,000℃)에서 예열 된 공정 챔버로 공급된다. 두 예에서, 생성된 수증기는 금속 표면 혹은 실리콘 표면과 반응하여 금속 옥사이드(산화물)나 실리콘 옥사이드 같은 유전체 물질을 형성한다. 앞서 언급한 증기 산화 공정이 CVD 공정 동안 사용하기에 효과적인 수증기를 생산할 수 있는 반면 생성된 수증기는 ALD 공정 중에는 사용하기 적합치 않다. 이 증기 산화 공정에서 얻은 수증기는 기판 표면 위에 오염 물질을 유발할 수 있으며 공정 온도 또는 산화 수증기의 함량(contents)에 대한 약간의(modest) 제어를 유발할 수 있다. 또한 ALD 공정에서는 정량적으로 공정 챔버 내로 전달될 수 있는 일정한(consistent) 조성의 시약(reagents)에 대한 즉각적인 접근이 요구된다. 그러므로 저온에서 산화 가스를 생성할 수 있고 산화 가스와 증착된 유전체 물질의 조성을 제어할 수 있으며, 공정 기간을 줄이고 오염 물질을 최소화하는 유전체 물질을 증착시키기 위한 장치와 공정이 필요하다.