JP2002525430A - Ｃｖｄリアクタ用ガス供給システムおよび同システムを制御する方法 - Google Patents

Ｃｖｄリアクタ用ガス供給システムおよび同システムを制御する方法

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JP2002525430A JP2000570398A JP2000570398A JP2002525430A JP 2002525430 A JP2002525430 A JP 2002525430A JP 2000570398 A JP2000570398 A JP 2000570398A JP 2000570398 A JP2000570398 A JP 2000570398A JP 2002525430 A JP2002525430 A JP 2002525430A
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リ，キュ−ホン
カン，ウォン−グ
カン，サン−ウォン
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ジェニテック コーポレーション リミテッド
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、ガス供給システムに関し、また特に半導体装置の製造において蒸着膜の均一性と品質とを改善することのできる化学蒸着（ＣＶＤ）リアクタ用のガス供給システムに関する。本発明はまた、反応物質源の浪費を防止する、同システムを制御する方法に関する。本発明のガス供給システムは、各々の反応物質源供給装置がリアクタに接続されて、そこに異なる反応物質源を不連続的にまたは順次に供給する複数の反応物質源供給装置を備えていることが好ましい。各反応物質源供給装置は、使用していない反応物質源の浪費を防止するための通過弁を含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、ガス供給システムに関し、また特に半導体装置の製造において蒸着
膜の均一性と品質とを改善することのできる化学蒸着（ＣＶＤ）リアクタ用のガ
ス供給システムに関する。本発明はまた、反応物質源の浪費を防止する、同シス
テムを制御する方法に関する。
【０００２】 （背景技術） 半導体製造においては、しばしば基板上に均一な厚さの膜を形成することが望
まれる。したがって装置と製造プロセスの両者を改善するために多大の努力がな
されてきた。
【０００３】 最近、半導体基板上での表面反応を使って高品質の膜を形成する多くのプロセ
ス、すなわち基板上への反応物質源の不連続的な供給、原子層エピタキシー（Ａ
ＬＥ）および基板上への反応物質源の順次的な供給を使用するといったプロセス
が開発された。上記のプロセスによって形成された膜は、均一性と品質とを改善
し、内部の不純物の凝縮を最小限にしている。しかしながら上記のプロセスは、
使用していない無効な気体状の反応物質源の浪費という欠点を持っている。
【０００４】 従来の大抵のプロセスでは一種類以上の反応物質源が同時に、また連続的にリ
アクタに供給され、反応物質源の分解によって半導体基板上に膜を形成している
。しかしながらこのようなプロセスはまた、膜厚の均一性と膜品質と不純物凝縮
とが、使用する反応物質源の流れ方向と流量と温度と種類とに依存してかなり影
響を受けるという欠点を持っている。
【０００５】 （発明の開示） したがって本発明の目的は、化学蒸着（ＣＶＤ）リアクタ用のガス供給システ
ムと、反応物質源の不連続的または逐次的供給の使用といったプロセスに使用さ
れた時に高品質の膜を製造することのできる、同ガス供給システムを制御する方
法とを提供することである。
【０００６】 本発明の他の目的は、ＣＶＤリアクタ用のガス供給システムと、反応物質源を
リアクタ内に供給していないときに使用していない無効な気体状の反応物質源の
浪費を防止できる、同ガス供給システムを制御する方法とを提供することである
。
【０００７】 上述の目的を達成するために本発明は、少なくとも一つの反応物質源供給装置
を有するＣＶＤリアクタ用のガス供給システムであって、前記供給装置の各々が
、反応物質源を搬送するキャリア・ガスの流量を制御するマスフロー・コントロ
ーラと、貯蔵器（リサーバ）を介してキャリア・ガスの流れを制御する入り口弁
と出口弁を持っていて反応物質源を入れておく貯蔵器（リザーバ）と、キャリア
・ガスによって搬送される反応物質源のリアクタへのマスフローを制御する供給
弁と、出口弁と供給弁との間に配置されていてキャリア・ガスまたは反応物質源
を真空ポンプに向かって排気する排気弁と、通過するキャリア・ガスがリアクタ
または排気弁に流れ込むように入り口弁と出口弁との間に配置されていてキャリ
ア・ガスのマスフロー・コントローラを安定化すると共に貯蔵器からの反応物質
源の漏洩を防止する通過弁（パスバルブ）とからなることを特徴とする前記ガス
供給システムを提供する。
【０００８】 本実施形態において、反応物質源供給装置の数は、２台以上であってもよく、
これら供給装置はそれぞれ、異なる反応物質源を入れた貯蔵器を持っており、こ
れら供給装置の各々はリアクタに接続されていて、ＰＺＴ、ＢＳＴあるいはＳＢ
Ｔといった複合材料を蒸着するためにこのリアクタに異なる反応物質源を供給す
る。
【０００９】 この反応物質源供給装置は、蒸着反応時に他の反応物質源の反応物質源供給装
置内への逆流を防止するように供給弁とリアクタとの間に配置された第１のパー
ジ・ガス供給装置を更に含むことが好ましい。この第１のパージ・ガス供給装置
は、通過するパージ・ガスの流れを一定レベルに制御するマスフロー・コントロ
ーラを更に含むことが更に好適である。
【００１０】 更に本反応物質源供給装置は、反応物質源の残留物を除去するように供給弁と
リアクタとの間に配置された第２のパージ・ガス供給装置と、通過するパージ・
ガスの流れを調整するガス抜き弁とを更に含んでいる。
【００１１】 本発明の方法は、少なくとも一つの反応物質源供給装置を有するＣＶＤリアク
タ用のガス供給システムであって、前記供給装置の各々が、貯蔵器（リザーバ）
を介してキャリア・ガスの流れを制御する入り口弁と出口弁を持っていて前記反
応物質源を入れておく貯蔵器と、出口弁の隣に配置されていてキャリア・ガスと
反応物質源とを真空ポンプに向かって排気する排気弁と、入り口弁と出口弁との
間に配置されている通過弁（パスバルブ）とからなることを特徴とする前記ガス
供給システムの制御に適用可能である。
【００１２】 本制御方法は、通過するキャリア・ガスが貯蔵器内の反応物質源を浪費するこ
となくリアクタまたは排気弁内に流れ込むように通過弁の開放と同時に入り口弁
と出口弁とを閉止するステップを含んでいる。
【００１３】 この制御方法では、反応物質源残留物は、開いている通過弁を通してリアクタ
にキャリア・ガスを流入させることによって除去されることが好ましい。更にキ
ャリア・ガスは、貯蔵器からリアクタへの反応物質源の供給に先立って反応物質
源供給を安定化するために、排気弁を通して排気される。
【００１４】 本発明の上述の、またその他の特徴と利点は、本発明の好適な実施例と付属の
図面と添付の請求項との下記の更に詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１５】 適当と考えられる場合には簡潔のために、各図の間で対応する要素を示す参照
数字が繰り返し使われている。
【００１６】 実施例１ 図１は、本発明の一実施例によるガス供給システムの概略図である。図１を参
照すれば反応物質源を搬送するキャリア・ガスの流量を制御するマスフロー・コ
ントローラ１０は、反応物質源供給管１２を介してリアクタに接続されている。
キャリア・ガスは反応物質源との反応を防止するために不活性ガスであることが
好ましい。成膜材料として使用される反応物質源は、供給管１２に接続された反
応物質源貯蔵器１４に入れられている。キャリア・ガスの流れにしたがって反応
物質源をリアクタ内に供給するために、供給管１２と貯蔵器１４との間に入り口
弁１６と出口弁１８とが配置されている。貯蔵器１４に入れられた反応物質源は
一般に固相か液相であるが、反応物質源は化学蒸着のために貯蔵器１４内で、あ
るいは供給管１２で気化されるべきである。供給弁２０は、出口弁１８を介して
リアクタ内に供給される反応物質源の流れを調整するために出口弁１８とリアク
タとの間に配置される。大抵の従来技術においてマスフロー・コントローラ１０
は、特にこのマスフロー・コントローラ１０が「オン／オフ」切り替えされたと
き、コントローラ１０を安定化するのに長時間を要するので、反応完了後は後続
のプロセスのために「オン」状態に保持される。更に反応物質源の供給を安定化
するためにも長時間を要する。反応物質源またはキャリア・ガスを排気すること
によって反応物質源供給を安定化するために、本発明のガス供給システムは、出
口弁１８と供給弁２０との間に配置された排気弁２２を持っている。この排気弁
２２は、真空ポンプ２４に接続されている。更に反応物質源の浪費を防止するた
めに、入り口弁１６と出口弁１８との間にはキャリア・ガスを通過させるための
通過弁２６が配置される。
【００１７】 蒸着反応時に反応物質源供給装置内への他の反応物質源の逆流を防止するため
に、供給弁２０とリアクタとの間に第１のパージ・ガス供給装置２８が配置され
ており、この第１のパージ・ガス供給装置２８は、通過するパージ・ガスの流れ
を一定レベルに制御するマスフロー・コントローラ（図示せず）を含んでいる。
このパージ・ガスは、反応物質源との反応を防止するために不活性ガスであるこ
とが好ましい。パージ・ガスは、キャリア・ガスと同じであっても、なくてもよ
い。
【００１８】 更に、反応物質源の供給後、他の反応物質源の供給前に反応物質源残留物をリ
アクタから除去するために、多量のパージ・ガスを供給する第２のパージ・ガス
供給装置が第１のパージ・ガス供給装置２８に接続されている。この第２のパー
ジ・ガス供給装置は、通過するパージ・ガスの流れを調整するためのパージ弁３
４を含んでいる。
【００１９】 さて上記のガス供給システムの動作を説明する。
【００２０】 この動作は、反応物質源を供給するステップ、反応物質源残留物を除去するス
テップ、反応物質源供給を待機するステップ、反応物質源供給を安定化するステ
ップといった幾つかの連続したステップに分けることができる。
【００２１】 反応物質源供給ステップで、マスフロー・コントローラ１０を通るキャリア・
ガスは、入り口弁１６を介して反応物質源貯蔵器１４内に導入される。それから
キャリア・ガスは、反応物質源供給管１２と出口弁１８とを経由して流れる。反
応物質源供給の量は、キャリア・ガスの流量と貯蔵器１４の温度との両者によっ
て制御できる。その後、反応物質源は、供給弁２０を介してリアクタ内に注入さ
れて膜の形成に寄与する。このステップで、通過弁２６と排気弁２２、ガス抜き
弁３４の両者とは閉止され、リアクタからの他の反応物質源の逆流を防止するた
めに、第１のパージ・ガス供給装置２８によって少量のパージ・ガスが連続的に
供給される。
【００２２】 次のステップで反応物質源残留物がリアクタと反応物質源供給管１２とから除
去される。反応物質源残留物を除去するために、下記の二つの方法が採用できる
。
【００２３】 第１の方法では、反応物質源残留物を除去するために、パージ弁３４が開く。
【００２４】 第２の方法では、反応物質源残留物を除去するために、通過弁２６と供給弁２
２の両者が開き、排気弁２４が閉じて、十分な量のキャリア・ガスをリアクタに
送る。このステップでは貯蔵器１４内の反応物質源の浪費を防ぐために、入り口
弁１６と出口弁１８は両方とも閉じられる。
【００２５】 反応物質源供給を待機しているステップは、次の二つの方法によって制御でき
る。
【００２６】 長時間の待機に適用可能な第１の方法では、入り口弁１６、出口弁１８、供給
弁２０、通過弁２６、排気弁２２といったすべての弁ならびにマスフロー・コン
トローラ１０は閉止される。
【００２７】 短時間の待機に適用可能な第２の方法では、キャリア・ガスは通過弁２６と排
気弁２２の両者を経由して真空ポンプ２４に直接排気され、一方、入り口弁１６
と出口弁１８と供給弁２０はすべて、閉止される。
【００２８】 反応物質源の供給安定化ステップは、反応物質源供給の待機ステップに依存し
て異なる仕方で進行する。
【００２９】 もし反応物質源の供給安定化ステップですべての弁が閉じられていれば、マス
フロー・コントローラ１０を安定化するために通過弁２６と排気弁２２とが最初
に開かれ、それから反応物質源供給を安定化するために通過弁２６の閉止と共に
入り口弁１６と出口弁１８とが開かれる。
【００３０】 もし反応物質源供給の待機ステップでマスフロー・コントローラ１０が既に安
定化状態に保持されていれば、入り口弁１６と出口弁１８の両者は通過弁２６の
閉止と共に開いて反応物質源供給を安定化する。この第２の安定化ステップは、
アプリケーションに依存して必要であることもないこともある。
【００３１】 実施例２ 図２は、本発明の他の実施例による、反応物質源気化器を有するガス供給シス
テムの概略図である。図２を参照すれば、実施例１と実施例２との違いは、反応
物質源供給管１２と反応物質源貯蔵器１４との間に反応物質源を気化する気化器
３６が配置されているということである。更に、反応物質源供給の効果的な制御
とその気化とのために、貯蔵器１４と気化器３６との間には、小さな流れポンプ
３８が配置されている。この気化器３６は、反応物資源をリアクタに供給するた
めに、前もって貯蔵器１４に入れられた液相の反応物質源を気化する。本ガス供
給システムの他の部分の動作は、実施例１のものと同じである。
【００３２】 実施例３ 図３は、本発明の他の実施例による、一つのリアクタに接続された複数の反応
物質源供給装置を有するガス供給システムの概略図である。図３を参照すれば、
各々が実施例１で説明したものと同じである２台の反応物質源供給装置Ｂ、Ｃは
、一つのリアクタに接続されている。更に反応ガス供給装置Ａは、反応ガス供給
管４０を介してリアクタに接続されている。リアクタへのガスＡの流れは、反応
ガス供給管４０上に配置された供給弁２０によって調整される。ガスＡを排気す
るための排気弁は、参照数字２２で示されている。
【００３３】 実施例１、２と同じく、各供給装置は、蒸着反応時にリアクタからの他の反応
物質源の逆流をパージ・ガスが防止するために、第１のパージ・ガス供給装置２
８とマスフロー・コントローラ（図示せず）とを含んでいる。更に各供給装置は
、反応物質源残留物を除去するために十分な量のパージ・ガスを供給する第２の
パージガス供給装置と、そのためのパージ弁３４とを含んでいる。
【００３４】 再び図３を参照して、所望の厚さにまで繰り返し「ＢＡＣＡ」層を形成する例
を説明する。この「ＢＡＣＡ」単位層は、Ｂ成分を含む薄層とガスＡを反応させ
、それからその上にＣ成分の薄層を堆積させることによって形成できる。以後、
「Ａ」はガス供給装置Ａ、「Ｂ」は反応物質源供給装置Ｂ、「Ｃ」は反応物質源
供給装置Ｃを表すものとする。
【００３５】 「Ｂ」のマスフロー・コントローラ１０を通過したキャリア・ガスは、入り口
弁１６を経由して反応物質源貯蔵器１４’に導入され、それから出口弁１８を経
由して反応物質源供給管１２に送られる。反応物質源Ｂは、リアクタに導入され
る。第１のパージ・ガス供給装置２８のすべてはそれぞれ、リアクタから「Ａ」
、「Ｃ」内への反応物質源Ｂの逆流を防止するために少量のパージ・ガスをリア
クタに流す。そのとき「Ａ」と「Ｃ」は、実施例１で説明したように反応物質源
供給を待機する状態に保持される。以後、各プロセス・ステップで説明されない
ガスはすべて、反応物質源供給の待機状態に保持されている。
【００３６】 薄層Ｂの形成の後、リアクタ内と反応物質源供給管１２内の反応物質源Ｂ残留
物は、実施例１で説明した除去方法によって除去される。その間、ガスＡは安定
化状態に保持されている。その後、ガスＡはリアクタに導入されて薄層Ｂと反応
する。
【００３７】 ガスＡと薄層Ｂとの反応の後に、リアクタ内と反応物質源供給管１２内のガス
Ａ残留物は、実施例１で説明した方法によって除去される。その間、反応物質源
Ｃは安定化状態または待機状態に保持される。その後、反応物質源Ｃはリアクタ
に導入されて薄層Ｃを形成する。
【００３８】 薄層Ｃの形成の後、リアクタ内と反応物質源供給管１２内の反応物質源Ｃ残留
物は、実施例１で説明した方法によって除去される。その間、ガスＡは安定化状
態に保持される。その後、ガスＡはリアクタに導入されて薄層Ｃと反応する。
【００３９】 ガスＡと薄層Ｃとの反応の後に、リアクタ内と反応物質源供給管１２内のガス
Ａ残留物は、実施例１で説明した方法によって除去される。その間、反応物質源
Ｂは安定化状態または待機状態に保持される。その後、反応物質源Ｃはリアクタ
に導入されて薄層Ｃを形成する。
【００４０】 薄層の形成と残留物の除去という上記のプロセス・ステップが繰り返されて、
順次堆積された「ＢＡＣＡ」層からなる膜が形成される。
【００４１】 本発明の各実施例では、マスフロー・コントローラを安定化するために通過弁
２６が使用されており、これが反応物質源の消費を著しく削減している。更に、
パージ・ガスの代わりにマスフロー・コントローラ１０を通過するキャリア・ガ
スを使って反応物質源を除去することができる。
【００４２】 本発明の他の応用として、反応物質源を下記のように不連続的に供給すること
によって膜を形成することができる。例えば先ず、反応物質源ＢとガスＡとがリ
アクタに同時に導入され、それから前もって決められた時間の間に除去される。
次に、反応物質源ＣとガスＡとがリアクタに同時に導入され、それから前もって
決められた時間の間に除去される。上記二つのプロセス・ステップが順次繰り返
されて、所望の厚さの膜が形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の一実施例によるガス供給システムの概略図である。
【図２】 図２は、本発明の他の実施例による、反応物質源気化器を有するガス供給シス
テムの概略図である。
【図３】 図３は、本発明の他の実施例による、一つのリアクタに接続された複数の反応
物質源供給装置を有するガス供給システムの概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カン，サン−ウォン 大韓民国 テジョン 305−333，ユソン− グ，ウヒョン−ドン 99，ハンビット ア パート 133−1506 Ｆターム(参考） 4K030 DA06 EA03 JA05 5F045 AA04 AB31 EC07 EE01 EE04 EE11 EE17

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも一つの反応物質源供給装置を有する化学蒸着（Ｃ
    ＶＤ）リアクタ用のガス供給システムであって、前記供給装置の各々が、 反応物質源を搬送するキャリア・ガスの流量を制御するマスフロー・コントロ
    ーラと、 貯蔵器（リザーバ）を介して前記キャリア・ガスの流れを制御する入り口弁と
    出口弁とを有する、前記反応物質源を貯蔵する前記貯蔵器（リザーバ）と、 前記キャリア・ガスによって搬送される前記反応物質源の前記リアクタへのマ
    スフローを制御する供給弁と、 前記出口弁と前記供給弁との間に配置されていて、前記キャリア・ガスまたは
    前記反応物質源を真空ポンプの方へ排気する排気弁と、 通過するキャリア・ガスが前記リアクタまたは前記排気弁に流入するように前
    記入り口弁と前記出口弁との間に配置されていて、前記キャリア・ガスのマスフ
    ロー・コントローラを安定化すると共に前記貯蔵器からの前記反応物質源の漏洩
    を防止する通過弁（パスバルブ）と からなることを特徴とする前記ガス供給システム。
  2. 【請求項２】 前記反応物質源供給装置の数は、少なくとも２台であり、前
    記供給装置はそれぞれ、異なる反応物質源を入れた貯蔵器を持っており、前記供
    給装置の各々は、前記リアクタに接続されていて、そこに異なる反応物質源を供
    給することを特徴とする、請求項１に記載のガス供給システム。
  3. 【請求項３】 蒸着反応時にガス供給装置内への他の反応物質源の逆流を防
    止するように前記供給弁と前記リアクタとの間に配置された第１のパージ・ガス
    供給装置を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の前記ガス供給システム
    。
  4. 【請求項４】 前記第１のパージ・ガス供給装置は、通過するパージ・ガス
    の流れを一定レベルに制御するマスフロー・コントローラを更に含むことを特徴
    とする、請求項３に記載の前記ガス供給システム。
  5. 【請求項５】 反応物質源残留物を除去するように前記供給弁と前記リアク
    タとの間に配置された第２のパージ・ガス供給装置と、 通過するパージ・ガスの流れを調整するガス抜き弁とを更に含むことを特徴と
    する、請求項１に記載の前記ガス供給システム。
  6. 【請求項６】 反応物質源残留物を除去するように前記供給弁と前記リアク
    タとの間に配置された第２のパージ・ガス供給装置と、 通過するパージ・ガスの流れを調整するガス抜き弁とを更に含むことを特徴と
    する、請求項３に記載の前記ガス供給システム。
  7. 【請求項７】 少なくとも一つの反応物質源供給装置を有する化学蒸着（Ｃ
    ＶＤ）リアクタ用のガス供給システムであって、前記供給装置の各々が、貯蔵器
    （リザーバ）を介して前記キャリア・ガスの流れを制御する入り口弁と出口弁を
    有する、反応物質源を貯蔵する貯蔵器（リザーバ）と、前記出口弁の隣に配置さ
    れていて前記キャリア・ガスと前記反応物質源とを真空ポンプの方に排気する排
    気弁と、前記入り口弁と前記出口弁との間に配置されている通過弁（パス・バル
    ブ）とからなる前記ガス供給システムを制御する方法において、 通過するキャリア・ガスが前記貯蔵器内の反応物質源を浪費することなく前記
    リアクタまたは前記排気弁内に流入するように前記通過弁（パス・バルブ）の開
    放と同時に前記入り口弁と前記出口弁とを閉止するステップを含むことを特徴と
    する前記制御方法。
  8. 【請求項８】 開いている通過弁を介して前記キャリア・ガスを前記リアク
    タに流入させることによって反応物質源残留物が除去されることを特徴とする、
    請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記貯蔵器から前記リアクタへの反応物質源の供給に先立っ
    て、前記キャリア・ガスは、前記反応物質源供給を安定化するために、前記排気
    弁を通して排気されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
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