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KR20090055441A - 원자층 증착 장치 - Google Patents

원자층 증착 장치 Download PDF

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KR20090055441A
KR20090055441A KR1020070122367A KR20070122367A KR20090055441A KR 20090055441 A KR20090055441 A KR 20090055441A KR 1020070122367 A KR1020070122367 A KR 1020070122367A KR 20070122367 A KR20070122367 A KR 20070122367A KR 20090055441 A KR20090055441 A KR 20090055441A
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KR
South Korea
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plasma
source gas
substrate
thin film
atomic layer
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Application number
KR1020070122367A
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English (en)
Inventor
신인철
전영수
Original Assignee
주식회사 케이씨텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 케이씨텍 filed Critical 주식회사 케이씨텍
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Abstract

플라즈마를 이용하여 소스가스의 반응성을 향상시키고, 박막의 품질을 향상시키는 원자층 증착 장치가 개시된다. 원자층 증착 장치는 적어도 하나 이상의 소스가스를 플라즈마로 여기시키는 플라즈마 발생부를 포함하고, 상기 플라즈마 발생부를 통과하여 플라즈마화된 소스가스와 다른 소스가스를 교대로 공급함으로써 박막을 증착한다. 따라서, 박막 증착 공정의 반응 효율과 처리 속도를 향상시킬 수 있으며, 증착된 박막의 품질을 향상시킬 수 있다.
원자층 증착장치, ALD, 샤워헤드, 플라즈마

Description

원자층 증착 장치 {APPARATUS AND METHOD FOR ATOMIC LAYER DEPOSITION}
본 발명은 원자층 증착 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적어도 하나의 소스가스를 플라즈마화시켜 공급함으로써 소스가스 사이의 반응성을 향상시키고, 박막의 증착효율을 향상시키는 원자층 증착 장치에 관한 것이다.
최근 반도체 제조 공정에서 반도체 소자의 집적도가 높아짐에 따라 미세가공의 요구가 증가하고 있다. 즉, 미세 패턴을 형성하고, 하나의 칩 상에 셀들을 고도로 집적시키기 위해서는 박막 두께 감소 및 고유전율을 갖는 새로운 물질개발 등을 이루어야 한다. 특히, 기판 표면에 단차가 형성되어 있는 경우 표면을 원만하게 덮어주는 단차도포성(step coverage)과 단차도포성 및 웨이퍼 내 균일성(within wafer uniformity)의 확보는 매우 중요하다. 이와 같은 요구사항을 충족시키기 위해 원자층 단위의 미소한 두께를 가지는 박막을 형성하는 방법인 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 방법이 제안되고 있다.
원자층 증착 공정은 기판 표면에서 반응물질의 표면 포화 반응(surface saturated reaction)에 의한 화학적 흡착(chemisorption)과 탈착(desorption) 과정을 이용하여 단원자층을 형성하는 방법으로, 원자층 수준에서 막 두께의 제어가 가 능한 박막 증착 방법이다.
원자층 증착 공정은 두 가지 이상의 소스가스를 각각 교대로 유입시키고, 각 소스가스의 유입 사이에 불활성 기체인 퍼지가스를 유입시킴으로써 소스가스들이 기체 상태에서 혼합되는 것을 방지한다. 즉, 하나의 소스가스가 기판 표면에 화학적으로 흡착(chemical adsorption)된 상태에서 후속하여 다른 하나의 소스가스가 반응함으로써 기판 표면에 한 층의 원자층이 생성된다. 그리고, 이와 같은 공정을 한 주기로 하여 원하는 두께의 박막이 형성될 때까지 반복한다.
한편, 통상적으로 얇은 두께를 갖는 박막을 형성하기 위해서는 비교적 저온에서 증착시키는 방법을 많이 사용하게 되는데, 저온 증착법을 이용하여 증착된 박막은 그 밀도가 치밀하지 않거나 결정성이 약하다는 문제점이 있다.
그러나, 원자층 증착 공정 역시 일반적인 화학기상증착법에 비하여 저온 공정이기 때문에, 상기 원자층 증착 공정의 막질 개선을 위해 고온열처리 등의 후속공정을 더 수행할 수 있다. 그러나, 이와 같은 후속공정을 수행하기 위해서는 별도의 장비를 추가하여야 하고, 설비가 복잡해지고 비용이 상승하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 원자층 증착 장치에서 소스가스를 플라즈마화시켜 공급함으로써, 소스가스 사이의 반응성을 높이기 위한 원자층 증착 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 반응성이 낮은 물질의 박막을 증착할 수 있고, 박막 증착에 사용할 수 있는 화학종의 수를 증가시킬 수 있는 원자층 증착 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 비교적 저온에서 박막을 증착할 수 있어서 열에 의한 기판 및 박막의 손상을 방지할 수 있는 원자층 증착 장치를 제공하기 위한 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 원자층 증착 장치는 적어도 하나 이상의 소스가스를 플라즈마화시켜 공급하는 플라즈마 발생부를 포함하고, 상기 소스가스를 단속적으로 플라즈마화시킴으로써 기판 상에 박막을 형성한다. 여기서, 상기 소스가스는 샤워헤드를 통해 제1 소스가스를 공급하고, 상기 제1 소스가스와 화학적으로 반응하는 제2 소스가스를 상기 플라즈마 발생부를 통해 플라즈마화시켜 공급한다.
실시예에서, 상기 플라즈마 발생부는 상기 샤워헤드에서 상기 소스가스의 유로 상에 구비되며, 상기 소스가스를 수용하여 플라즈마로 발생시키는 공간을 제공하는 플라즈마 챔버, 상기 플라즈마 챔버 내부에 전기장을 형성하는 전극부, 상기 전극부의 절연을 위한 절연부 및 상기 전극부에 고주파 전원을 인가하는 전원공급부를 포함한다.
여기서, 상기 플라즈마 챔버는 상기 프로세스 챔버와 독립된 공간으로 형성되고, 상기 플라즈마 챔버 내부에서 플라즈마를 발생시킨 후, 상기 플라즈마의 반응성 입자만을 상기 프로세스 챔버로 공급한다. 따라서, 플라즈마의 직접 충돌에 의한 기판 또는 기증착된 박막이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
실시예에서, 상기 소스가스를 플라즈마화 시킬 때 상기0 퍼지가스가 같이 제공된다. 그리고, 상기 플라즈마 챔버를 통과하는 동안 상기 소스가스는 플라즈마화된다. 여기서, 상기 소스가스가 플라즈마화 되어 상기 기판으로 제공될 때 상기 퍼지가스가 지속적으로 공급되므로, 상기 플라즈마화된 소스가스의 퍼지를 위한 별도의 퍼지단계를 수행하지 않아도 된다.
본 발명에 따르면, 첫째, 소스가스를 플라즈마화시킴으로써 소스가스 사이의 반응성을 높이고, 박막의 증착 속도와 박막의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 증착된 박막의 조직이 치밀하고, 불순물 함량이 낮은 양호한 품질의 박막을 얻을 수 있는 장점이 있다.
둘째, 플라즈마의 에너지에 의해 소스가스의 반응성이 증가되므로, 열에너지만으로는 반응이 잘 일어나지 않는 소스가스를 이용하여 박막을 증착할 수 있으므로, 기판에 증착할 수 있는 소스가스의 화학종의 수를 확장할 수 있다.
또한, 열에 의한 기판과 박막의 손상을 방지할 수 있고, 소스가스에 열에너 지를 부가하기 위한 가열장치를 구비하는 데 필요한 비용 상승과 설비의 복잡함을 억제할 수 있다.
셋째, 비교적 저온 저압에서 박막을 증착할 수 있으므로, 양호한 품질의 박막을 증착시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1과 도2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 원자층 증착 장치(100)는, 프로세스 챔버(101), 서셉터(130), 샤워헤드(110) 및 플라즈마 발생부(150)를 포함하여 구성된다.
상기 프로세스 챔버(101)는 기판(10)을 수용하여, 상기 기판(10)에 대한 박 막 증착 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 예를 들어, 상기 프로세스 챔버(101)는 상기 서셉터(130)의 형태에 대응되는 형태를 가질 수 있으며, 상기 서셉터(130) 둘레를 감싸는 원통형태를 가질 수 있다.
여기서, 상기 기판(10)은 반도체 기판이 되는 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 기판(10)은 LCD, PDP와 같은 평판 디스플레이 장치용 유리기판일 수 있다. 또한, 상기 기판(10)은 형태 또는 크기가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 원형 및 사각형 플레이트 등 실질적으로 다양한 형태와 크기를 가질 수 있다.
상기 서셉터(130)는 상기 기판(10)을 고정시킨다. 또한, 상기 서셉터(130)는 생산성을 높이기 위해 복수의 기판(10)을 동시에 처리 가능한 세미배치(semi batch) 타입의 원자층 증착 장치가 사용될 수 있다.
여기서, 원자층 증착 공정의 경우 한 주기의 박막 증착 공정을 수행했을 때 상기 기판(10)에 증착되는 박막의 두께가 매우 얇아서 원하는 두께의 박막을 형성하기 위해서는 수백 회 이상의 증착 주기를 반복 수행하여야 한다. 그러나, 세미배치 타입의 경우 동시에 복수 개의 기판(10)에 대해 증착 공정을 수행할 수 있어서 스루풋(throughput)을 향상시킬 수 있다.
상기 서셉터(130)는 상기 기판(10)의 박막이 증착될 표면이 상부로 노출되도록 지지하되, 복수의 기판(10)이 동일한 평면 상에 배치될 수 있는 형태를 갖는다. 예를 들어, 상기 서셉터(130)는 원반 형태를 가지며, 6개의 기판(10)이 상기 서셉터(130)의 원주 방향을 따라 방사상으로 배치될 수 있다.
상기 샤워헤드(110)는 상기 기판(10) 상부에 구비되고, 상기 서셉터(130)와 대응되는 형태를 갖는다. 또한, 상기 샤워헤드(110)는 상기 기판(10)으로 상기 소스가스(S1, S2)를 균일하게 분사할 수 있도록 복수의 분사홀(미도시)이 형성된다.
그리고, 상기 샤워헤드(110)는 상기 기판(10)의 박막을 형성하기 위한 복수의 소스가스(S1, S2)와 퍼지가스(PG)를 분사한다. 여기서, 상기 샤워헤드(110)는 상기 각 소스가스(S1, S2)를 독립적으로 분사 가능하게 이루어진다.
상기 샤워헤드(110) 또는 상기 서셉터(130)는 서로에 대해 회전 가능하게 구비될 수 있다. 즉, 상기 샤워헤드(110)에서 상기 각 소스가스(S1, S2)가 분사되는 영역이 형성되고, 상기 샤워헤드(110) 또는 상기 서셉터(130)의 회전에 의해 상기 기판(10)이 상기 각 소스가스(S1, S2)가 분사되는 영역을 순차적으로 통과함으로써, 상기 기판(10) 상에 박막이 형성되도록 형성된다.
한편, 원자층 증착 공정은 형성하고자 하는 박막을 조성하는 원료 물질을 포함하는 서로 다른 복수의 소스가스를 상기 기판(10) 상으로 제공하여 화학적으로 반응시킴으로써 박막을 형성하게 된다. 그리고, 상기 소스가스의 공급 사이에 퍼지가스를 공급하여 미반응 소스가스를 퍼지시키게 된다. 이하, 본 실시예에서는 편의상 서로 다른 2 종류의 소스가스(S1, S2)와 1 종류의 퍼지가스(PG)를 사용하는 원자층 증착 장치를 중심으로 설명한다.
여기서, 상기 소스가스(S1, S2)는 상기 기판(10)의 종류 또는 증착하고자 하는 박막의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 소스가스(S1)는 알루미늄(Al), 규소(Si), 티타늄(Ti), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge) 등의 소스 물질을 포 함하는 가스 중 어느 하나의 가스 또는 둘 이상 혼합된 가스를 사용할 수 있다. 그리고, 상기 제2 소스가스(S2)는 상기 제1 소스가스(S1)와 화학적으로 반응하여 박막을 구성하는 다른 소스 물질을 포함하는 가스이다. 예를 들어, 상기 제2 소스가스(S2)로는 산소 가스(O2) 또는 수증기(H2O)일 수 있다.
상기 퍼지가스(PG)는 미반응 소스가스(S1, S2)와 증착 공정에서 발생하는 부산물을 퍼지시키기 위한 가스로서, 상기 소스가스(S1, S2)와 화학 반응이 발생하지 않는 안정한 기체로서, 예를 들어, 아르곤(Ar) 또는 질소 가스(N2)와 같은 비활성 가스를 사용할 수 있다.
상기 샤워헤드(110) 상부에는 상기 소스가스(S1, S2) 및 퍼지가스(PG)를 공급하는 소스가스 공급부(120)가 연결된다. 또한, 상기 샤워헤드(110)에는 상기 소스가스(S1, S2) 중 적어도 하나의 소스가스(S1, S2)를 플라즈마(P) 상태로 여기시키는 플라즈마 발생부(150)가 구비된다.
즉, 상기 플라즈마 발생부(150)를 통해 한 종류의 소스가스(S1, S2)를 플라즈마화시켜 공급하고, 다른 소스가스(S1, S2)는 상기 샤워헤드(110)를 통해서 공급할 수 있다. 예를 들어, 상기 샤워헤드(110)에는 상기 제1 소스가스(S1)를 공급하는 제1 소스라인(123)과 상기 퍼지가스(PG)를 공급하는 퍼지라인(125)이 연결된다. 그리고, 상기 플라즈마 발생부(150)에는 상기 제2 소스가스(S2)를 공급하는 제2 소스라인(121)이 연결된다. 여기서, 상기 제2 소스가스(S2)를 플라즈마(P)화 시키고, 상기 플라즈마(P)의 반응성 입자(Pr)를 상기 기판(10)으로 제공하기 위해서는 퍼지가스(PG)의 공급이 필요하다. 즉, 상기 제2 소스라인(123)은 상기 제2 소스가 스(S2)뿐만 아니라,상기 퍼지가스(PG) 역시 공급한다.
도 2를 참조하면, 상기 플라즈마 발생부(150)는 상기 제2 소스가스(S2)를 수용하여 플라즈마(P) 상태로 여기시키는 플라즈마 챔버(151), 상기 제2 소스가스(S2)에 전기장을 인가하는 전극부(160) 및 전원공급부(167)와 상기 전극부(160)의 절연을 위한 절연부(165)가 구비된다.
상기 플라즈마 발생부(150)는 상기 샤워헤드(110)에 구비된다. 예를 들어, 상기 플라즈마 챔버(151)는 원통형으로 형성되고, 상기 샤워헤드(110) 중앙 부분에 구비된다.
여기서, 상기 플라즈마 챔버(151)는 플라즈마(P)를 발생시키기 위해 비교적 낮은 압력이 형성된다. 또한, 상기 플라즈마 챔버(151)는 상기 프로세스 챔버(101)와 독립적인 공간으로 형성되고, 발생된 플라즈마(P)의 반응성 입자(Pr)를 상기 기판(10)으로 제공하기 위한 복수의 플라즈마홀(153)이 형성된다.
즉, 상기 플라즈마 발생부(150)는 상기 플라즈마 챔버(151) 내부에서 플라즈마(P)를 발생시키고 반응성 입자(Pr)만 상기 기판(10)으로 제공함으로써, 상기 플라즈마(P)의 에너지를 박막 증착 공정에 이용하고 상기 플라즈마(P)의 이온 충돌로 인해 상기 기판(10) 및 박막이 손상되는 것을 방지한다.
상기 전극부(160)는 고주파 전원을 인가하는 전원공급부(167)와 연결되어, 상기 플라즈마 챔버(151) 내부에 전기장을 발생시킴으로써, 상기 제2 소스가스(S2)를 플라즈마(P) 상태로 여기시킨다. 예를 들어, 상기 플라즈마 챔버(151) 내부에 상하 방향으로 일 방향의 전기장을 발생시킬 수 있도록 상부 전극(161)과 하부 전 극(163)이 구비된다. 여기서, 상기 상부 전극(161)과 상기 하부 전극(163) 중 적어도 하나는 고주파 전원이 인가되면 일방향의 전기장을 발생시키는 유도코일일 수 있다.
상기 플라즈마(P)의 반응성 입자(Pr)를 상기 프로세스 챔버(101)로 제공하기에 유리하도록 상기 상부 전극(161)에는 고주파 전원이 인가되고, 상기 하부 전극(163)은 접지된다.
한편, 상기 플라즈마 발생부(150)는 상기 제2 소스가스(S2)를 선택적으로 플라즈마(P)화시키고, 상기 제2 소스가스(S2)에 포함되어 있는 박막을 형성하기 위한 소스 물질의 반응성 입자(Pr)를 발생시킨다. 여기서, 상기 제1 소스가스(S1)와 상기 제2 소스가스(S2)가 상기 기판(10) 상에서 반응하도록 상기 제1 소스가스(S1)와 상기 제2 소스가스(S2)는 교대로 공급된다. 또한, 상기 퍼지가스(PG)는 상기 플라즈마 발생부(150)로 지속적으로 공급되고, 상기 제2 소스가스(S2)는 단속적으로 공급된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 공정에 대해 상세하게 설명한다.
도 3을 참조하면, 박막을 형성하고자 물질이 포함된 제1 소스가스(S1)를 상기 프로세스 챔버(101)로 공급한다(S11).
소정 시간 상기 제1 소스가스(S1)를 공급하여 상기 제1 소스가스(S1)를 상기 기판(10) 상에 흡착시킨 후, 상기 제1 소스가스(S1)의 공급을 중단하고 상기 퍼지가스(PG)를 공급하여 미반응 제1 소스가스(S1)를 퍼지시킨다(S12).
다음으로, 상기 플라즈마 발생부(150)에 상기 제2 소스가스(S2)를 공급함으로써 상기 제2 소스가스(S2)를 플라즈마(P)화 시킨다(S13). 상기 플라즈마(P)의 반응성 입자(Pr)가 상기 기판(10)으로 공급되어, 상기 기판(10) 표면에 흡착된 상기 제1 소스가스(S1)와 화학적으로 반응함으로써, 상기 기판(10) 표면에 한 층의 원자층이 생성된다.
그리고, 상기 제1 소스가스(S1)와 상기 제2 소스가스(S2)를 교대로 공급함에 따라, 상기 제1소스가스(S1, S2)와 상기 플라즈마(P)화 된 제2 소스가스(S2)가 순차적으로 반응함으로써 박막 증착 공정의 한 주기가 완료된다.
그리고, 원하는 두께의 박막을 형성할 때까지 상기와 같은 박막 증착 공정 주기를 반복하여 수행한다.
여기서, 원자층 증착 공정에서 한 주기 동안 증착되는 박막의 두께는 공급되는 소스가스(S1, S2)의 양에 크게 의존하지 않고 상기 기판(10) 전체에 대해 균일하게 얻어진다. 또한, 원자층 증착 공정은 한 주기 동안 증착되는 박막의 두께가 거의 일정하므로, 수행한 주기의 횟수를 통하여 박막의 최종 두께의 조절이 가능하다.
한편, 상기 제2 소스가스(S2)를 플라즈마(P)화 시켜 제공한 후에는 미반응 제2 소스가스(S2)를 퍼지시키기 위한 별도의 퍼지가스(PG)는 공급하지 않아도 된다.
상세하게는, 상기 퍼지가스(PG)는 지속적으로 상기 플라즈마 발생부(150)에 공급된다. 상기 퍼지가스(PG)는 상기 제2 소스가스(S2)가 플라즈마(P)가 되었을 때, 상기 반응성 입자(Pr)를 상기 프로세스 챔버(101)로 공급하는 역할을 한다. 그리고, 상기 제2 소스가스(S2)가 차단되었을 때는 상기 플라즈마 발생부(150)와 상기 프로세스 챔버(101) 내로 상기 퍼지가스(PG)가 공급된다.
상기 플라즈마(P)의 반응성 입자(Pr)는 고주파 전원이 유지되는 시간 동안 발생되되, 상기 플라즈마(P)가 사라지면 짧은 시간 (수십 밀리 초 이하) 안에 소멸되는 특성이 있다. 따라서, 상기 제2 소스가스(S2)의 미반응 잔류가스를 퍼지시키기 위해 퍼지가스(PG)를 공급하지 않더라도, 상기 제2 소스가스(S2)의 공급을 차단하면 상기 제2 소스가스(S2)의 반응성 입자(Pr)는 소멸된다. 따라서, 별도의 퍼지단계가 없는 상태에서 상기 제1 소스가스(S1)를 바로 공급하더라도 상기 소스가스(S1, S2)들이 기체 상태에서 혼합되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이, 상기 소스가스(S1, S2)를 플라즈마(P)화 시킴으로써 상기 소스가스(S1, S2)의 반응성을 향상시키고, 반응 효율과 반응 속도를 향상시킬 수 있다. 더불어, 상기 제2 소스가스(S2)의 미반응 잔류가스를 퍼지시키는 단계를 생략할 수 있으므로, 공정 시간을 줄일 수 있다. 또한, 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 단면도;
도 2는 도 1의 플라즈마 발생부를 설명하기 위한 단면도;
도 3은 도 1의 원자층 증착 장치의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 기판 100: 원자층 증착 장치
101: 프로세스 챔버 110: 샤워헤드
120: 소스가스 공급부 121: 제2 소스라인
123: 제1 소스라인 125: 퍼지라인
130: 서셉터 150: 플라즈마 발생부
151: 플라즈마 챔버 153: 플라즈마홀
160, 161, 163: 전극부 165: 절연부
167: 전원공급부
P: 플라즈마 Pr: 반응성 입자
PG: 퍼지가스 S1: 제1 소스가스
S2: 제2 소스가스

Claims (4)

  1. 기판을 수용하여 박막 증착 공정이 수행되는 프로세스 챔버;
    상기 기판을 지지하는 서셉터;
    상기 기판 상부에 구비되어 상기 기판으로 소스가스를 제공하는 샤워헤드; 및
    적어도 하나 이상의 상기 소스가스를 플라즈마화시켜 상기 챔버 내부로 공급하는 플라즈마 발생부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생부는 상기 샤워헤드에서 상기 소스가스의 유로 상에 구비되며, 상기 소스가스를 수용하여 플라즈마로 발생시키는 공간을 제공하는 플라즈마 챔버;
    상기 플라즈마 챔버 내부에 전기장을 형성하는 전극부;
    상기 전극부의 절연을 위한 절연부; 및
    상기 전극부에 고주파 전원을 인가하는 전원공급부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생부에는 상기 소스가스를 플라즈마화시키기 위한 퍼지가스를 공급하는 퍼지라인이 연결되되, 상기 퍼지가스는 지속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마 챔버는 상기 프로세스 챔버와 독립된 공간으로 형성되고, 발생된 플라즈마 입자를 상기 기판으로 공급하기 위한 복수의 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117821941A (zh) * 2022-09-29 2024-04-05 英作纳米科技（北京）有限公司 一种单次循环单面原子层沉积方法
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