KR100375834B1

KR100375834B1 - gas transfer device of ALE apparatus using the remote plasma

Info

Publication number: KR100375834B1
Application number: KR10-2000-0018739A
Authority: KR
Inventors: 김용일; 신중호; 조병하
Original assignee: 주식회사 무한
Priority date: 2000-04-10
Filing date: 2000-04-10
Publication date: 2003-03-15
Also published as: KR20010090666A

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 산화막, 질화막, 금속막 증착공정 상에 이용되는 증착장비의 일종인 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치에 관한 것이다. 본 기체이송장치는 제 1 및 제 2 반응기체와, 캐리어기체를 진공챔버 내에 공급하여 서셉터에 안착된 웨이퍼에 소정 두께의 박막을 증착하는 장치에 있어서; 상기 진공챔버를 향하여 상기 제1 및 제2 반응기체와, 상기 캐리어기체를 개별적으로 이송하는 다수의 이송관과, 상기 이송관내에 설치되어 있으며 상기 제1반응기체와 상기 제2반응기체 중 어느 하나가 이온화되도록 소정의 주파수영역을 갖는 고주파에너지를 발생하여 플라즈마현상을 유도하는 플라즈마발생부와, 상기 플라즈마발생부에 의해서 이온화된 반응기체와 이온화되지 않은 반응기체를 소정의 시간간격을 두고 교번적으로 상기 진공챔버에게 공급하여 상기 웨이퍼에 박막증착을 유도하고, 상기 반응기체들의 공급사이클마다 상기 캐리어기체로 상기 진공챔버를 클리닝시키는 기체이송제어부를 포함한다. 이에 따라, 저온 분위기에서의 반응물질 공급이 이루어져, 우수한 박막의 형성이 용이하고, 특히 여기된 반응물질을 이용함으로써, 불순물의 생성이 억제되어 박막 수율이 향상되는 효과가 있다.The present invention relates to a gas transfer apparatus of an atomic layer forming apparatus using a remote plasma, which is a kind of deposition equipment used on an oxide film, a nitride film, and a metal film deposition process of a semiconductor device. The gas transfer apparatus includes a first and second reactor bodies and an apparatus for supplying a carrier gas into a vacuum chamber to deposit a thin film having a predetermined thickness on a wafer seated on a susceptor; The first and second reactor body toward the vacuum chamber, a plurality of transfer pipes for individually transporting the carrier gas, and the one of the first reaction gas and the second reaction gas is installed in the delivery pipe A plasma generator for generating a high frequency energy having a predetermined frequency region to induce ionization and inducing a plasma phenomenon; and a reactor body ionized by the plasma generator and an ionizer which are not ionized alternately at a predetermined time interval. And a gas transfer control unit for supplying the vacuum chamber to induce thin film deposition on the wafer and cleaning the vacuum chamber with the carrier gas at every supply cycle of the reactor bodies. As a result, the supply of the reactants in a low temperature atmosphere makes it easy to form an excellent thin film. In particular, by using the excited reactant, generation of impurities is suppressed and the yield of the thin film is improved.

Description

Gas transfer device of ALE apparatus using the remote plasma}

본 발명은 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 소자의 산화막, 질화막, 금속막 증착공정 상에 이용되는 증착장비의 일종인 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치에 관한 것이다.The present invention relates to a gas transfer device of an atomic layer forming apparatus using a remote plasma, and more particularly, to forming an atomic layer using a remote plasma, which is a kind of deposition equipment used in an oxide film, a nitride film, and a metal film deposition process of a semiconductor device. It relates to a gas transfer device of the device.

일반적으로, 반도체 제조공정은 웨이퍼공정, 에피택시(epitaxy)공정, 박막형성공정, 화산/이온주입공정, 사진노광공정(photolithography), 에칭공정등으로 이루어지며, 모래 등의 규산질 재료로부터 다결정의 잉곳을 거쳐 단결정 웨이퍼를 형성한 후, 원하는 소자를 형성하기 위해 에피택시 공정으로 웨이퍼 위에 단결정을 형성하고, 각종 박막을 용도에 상응하게 형성하여 확산이나 이온주입방법을 사용하여 웨이퍼 위에 소자를 형성하고, 이와 같은 웨이퍼를 각각의 칩 형상으로 절단한 후 리드프레임을 연결하고 플라스틱등으로 외관을 밀봉하여 개별적인 반도체소자로 제조하는 것이다.In general, the semiconductor manufacturing process includes a wafer process, an epitaxy process, a thin film forming process, a volcanic / ion implantation process, a photolithography process, an etching process, and the like, and a polycrystalline ingot from a siliceous material such as sand. After forming a single crystal wafer through the epitaxial process to form a desired device, a single crystal is formed on the wafer, and various thin films are formed in accordance with the purpose to form a device on the wafer using a diffusion or ion implantation method, After cutting such wafers into chip shapes, the lead frames are connected and the exterior is sealed with plastics to manufacture individual semiconductor devices.

이와 같은 반도체 제조공정에서는 매 공정마다 각종 박막이 형성되는데, 통상적으로 용도에 따라 크게 4가지로 분류된다. 즉, 게이트 산화막이나 필드 산화막으로 주로 이용되는 산화막(SiO₂)과, 도전층 간의 절연이나 확산/이온주입시의 마스크, 소자보호층으로 주로 이용되는 질화막(Si₃N₄)과, 금속대신에 게이트 전극으로 이용되는 다결정실리콘막(poly-Si)과, 소자 내에서 소자와 소자를 연결하여 전도성 금속전극으로 이용되거나 외부 단자에 연결되는 금속막으로 나눌 수 있다.In such a semiconductor manufacturing process, various thin films are formed in every process, and are generally classified into four types according to a use. That is, an oxide film (SiO ₂ ) mainly used as a gate oxide film or a field oxide film, a mask during insulation or diffusion / ion implantation between the conductive layer, and a nitride film (Si ₃ N ₄ ) mainly used as a device protection layer, instead of metal A polysilicon film (poly-Si) used as a gate electrode and a metal film used as a conductive metal electrode or connected to an external terminal by connecting the device and the device in the device can be divided.

상기 박막증착공정 중 산화막, 질화막, 및 금속막 형성시에는 현재 대부분 박막증착이 이용되고 있으며, 웨이퍼가 위치된 진공챔버 내에 반응가스를 주입하면서 소정의 온도 분위기에서 기체를 웨이퍼에 증착하여 박막을 형성시키는 CVD(Chemical Vapor Deposition)방식이 널리 사용되고 있다. 이러한 CVD 방식에는 상압 CVD, 감압 CVD, 플라즈마 CVD, 에너지 증속 CVD 등이 있고, 어느 경우나 불순물이 적어야 되며, 박막의 두께가 균일하게 형성되도록 하는 기법이 요구된다. 금속막 증착에 CVD법을 이용하면 스텝 커버리지(step coverage)가 좋고 박막이 균일해지며, 동시에 다수의 웨이퍼에 금속막을 형성할 수 있는 잇점이 있다. 이와 같은 박막증착공정은 매 공정이 진행될 때마다 필연적으로 수반되어야 하는 공정이기 때문에 매우 중요한 공정이다.In the thin film deposition process, an oxide film, a nitride film, and a metal film are mostly formed by thin film deposition. Currently, a thin film is formed by depositing a gas on a wafer in a predetermined temperature atmosphere while injecting a reaction gas into a vacuum chamber in which a wafer is located. CVD (Chemical Vapor Deposition) method is widely used. The CVD method includes atmospheric pressure CVD, reduced pressure CVD, plasma CVD, energy accelerated CVD, and the like, in which case there should be less impurities, and a technique for uniformly forming a thin film is required. The use of the CVD method for the deposition of metal films has the advantage that the step coverage is good, the thin films are uniform, and the metal films can be formed on a plurality of wafers at the same time. Such a thin film deposition process is a very important process because it is a process that must necessarily be accompanied with each process.

그리고, 최근에는 CVD법의 부류에 속하는 원자층형성공정(ALE;Atomic Layer Epitaxy)이 낮은 불순물 농도와 우수한 박막을 형성할 수 있는 장점으로 인하여 반도체소자의 제조에 적용되도록 활발한 연구가 진행되고 있다.Recently, due to the advantages of atomic layer epitaxy (ALE), which has a low impurity concentration and an excellent thin film, the active research is being applied to the manufacture of semiconductor devices.

이와 같은 종래기술의 원자층 형성공정은 화학기상증착장치 및 방법의 명칭으로 1998.6.11자로 출원(특98-21816)된 바와 같이, 전통적인 버블(bubble)방식을 이용하여 캐리어(carrier)기체에 포함된 서로 다른 반응기체를 소정의 시간간격을 두고 교번적으로 공급함으로써, 반응물질을 진공챔버에 이송시켜 웨이퍼 상에 원하는 금속막, 산화막, 또는 질화막을 증착하는 방법이다. 이는 반응기체 각각을 하나씩 교번적으로 챔버에 공급하여 웨이퍼 상에 원자층을 형성함으로써, 불순물의 농도를 줄일 수 있으며, 박막의 두께를 원하는 만큼 제어할 수 있는 잇점이 있다.Such a prior art atomic layer formation process is included in a carrier gas using a conventional bubble method, as filed on June 1, 1998 (No. 98-21816) under the name of chemical vapor deposition apparatus and method. By alternately supplying different reactive bodies at predetermined time intervals, a reaction material is transferred to a vacuum chamber to deposit a desired metal film, oxide film, or nitride film on a wafer. This has the advantage of reducing the concentration of impurities and controlling the thickness of the thin film as desired by supplying each of the reactants alternately to the chamber to form an atomic layer on the wafer.

그런데 이와 같은 원자층 형성공정은 진공챔버 내에 반응의 활성화 에너지를 공급하기 위하여 반응물질을 200℃이상의 고온까지 상승시키거나, 웨이퍼의 온도를 190℃이상의 고온으로 유지해야 하는 문제점이 있으며, 이에 따라 불순물의 농도가 증가하여 박막의 수율이 떨어지는 문제점이 있다.However, such an atomic layer formation process has a problem of raising the reactant to a high temperature of 200 ° C. or higher or maintaining the wafer temperature at a high temperature of 190 ° C. or higher in order to supply activation energy of the reaction in the vacuum chamber. There is a problem that the yield of the thin film is lowered by increasing the concentration of.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 진공 챔버 외측으로부터 이송되는 특정한 반응물질에 플라즈마현상을 직접적으로 유도하여 산화막 형성 및 금속막 그리고 질화막 증착공정의 증착장비에 이용되는 반응물질(반응 라디칼(반응 라디칼[Radical])을 저온으로 공급하므로 불순물의 생성율을 극소화시키는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치를 제공하는데, 그 목적이 있다.The present invention has been invented to solve the above problems, the reaction material used in the deposition equipment of the oxide film formation and metal film and nitride film deposition process by directly inducing a plasma phenomenon to a specific reaction material transported from the outside of the vacuum chamber ( SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a gas transfer device of an atomic layer forming apparatus using a remote plasma which supplies reactive radicals (reactive radicals) at a low temperature, thereby minimizing the generation rate of impurities.

도 1은 본 발명이 적용되는 통상적인 박막 증착장치를 나타낸 단면도이고,1 is a cross-sectional view showing a conventional thin film deposition apparatus to which the present invention is applied,

도 2는 본 발명에 따른 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치의 개념을 나타낸 블록도이고,2 is a block diagram showing the concept of a gas transport apparatus of an atomic layer forming apparatus using a remote plasma according to the present invention,

도 3은 본 발명에 따른 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치의 일실시예를 나타낸 계통도이고,3 is a system diagram showing an embodiment of a gas transport apparatus of an atomic layer forming apparatus using a remote plasma according to the present invention,

도 4a 및 도 4b는 도 3의 밸브동작을 제어하기 위한 시간에 따른 시퀸스 타이밍도이다.4A and 4B are sequence timing diagrams according to time for controlling the valve operation of FIG. 3.

-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-Explanation of symbols on the main parts of the drawing

4', 8 ; 용기 5 ; 발열부4 ', 8; Container 5; Fever

7 ; 플라즈마발생부 P ; 바이패스라인7; Plasma generator P; Bypass line

15 ; 이송관 20 ; 에너지공급부15; Transfer pipe 20; Energy supply department

21 ; 밸브구동부 23 ; 제1피딩밸브부21; Valve driving section 23; 1st feeding valve part

25 ; 제2피딩제어부 27 ; 퍼지밸브부25; Second feeding control section 27; Purge Valve Section

30 ; 기체이송제어부30; Gas transfer control unit

상기 목적은, 본 발명에 따라, 제 1 및 제 2 반응기체와, 캐리어기체를 진공챔버 내에 공급하여 서셉터에 안착된 웨이퍼에 소정 두께의 박막을 증착하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치에 있어서; 상기 진공챔버를 향하여 상기 제1 및 제2 반응기체와, 상기 캐리어기체를 개별적으로 이송하는 다수의 이송관과, 상기 이송관내에 설치되어 있으며 상기 제1반응기체와 상기 제2반응기체 중 어느 하나가 이온화되도록 소정의 주파수영역을 갖는 고주파에너지를 발생하여 플라즈마현상을 유도하는 플라즈마발생부와, 상기 플라즈마발생부에 의해서 이온화된 반응기체와 이온화되지 않은 반응기체를 소정의 시간간격을 두고 교번적으로 상기 진공챔버에게 공급하여 상기 웨이퍼에 박막증착을 유도하고, 상기 반응기체들의 공급사이클마다 상기 캐리어기체로 상기 진공챔버를 클리닝시키는 기체이송제어부를 포함하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치에 의해 달성된다.The above object is, according to the present invention, a gas of an atomic layer forming apparatus using a remote plasma for supplying a first and a second reactor body and a carrier gas into a vacuum chamber to deposit a thin film of a predetermined thickness on a wafer seated in a susceptor. In the conveying apparatus; The first and second reactor body toward the vacuum chamber, a plurality of transfer pipes for individually transporting the carrier gas, and the one of the first reaction gas and the second reaction gas is installed in the delivery pipe A plasma generator for generating a high frequency energy having a predetermined frequency region to induce ionization and inducing a plasma phenomenon; and a reactor body ionized by the plasma generator and an ionizer which are not ionized alternately at a predetermined time interval. A gas transfer device of an atomic layer forming apparatus using a remote plasma including a gas transfer control unit supplying the vacuum chamber to induce thin film deposition on the wafer and cleaning the vacuum chamber with the carrier gas for each supply cycle of the reactor bodies. Is achieved by.

여기서, 상기 기체이송제어부는 상기 플라즈마발생부에 의해 이온화된 반응기체와 이온화되지 않는 반응기체 중 어느 하나를 공급한 후에 클리닝용 캐리어기체를 순차적으로 공급하여 클리닝시키는 밸브구동부와, 상기 밸브구동부가 반응기체 공급과 클리닝을 하기 위하여 개별동작이 이루어지도록 제어신호를 발생하는 밸브제어부를 포함하는 것이 바람직하다.Here, the gas transfer control unit is a valve driving unit for supplying and cleaning the carrier gas for cleaning sequentially after the supply of any one of the reactor gas ionized by the plasma generating unit and the non-ionized reactor, and the valve driving unit reacts It is preferable to include a valve control unit for generating a control signal to perform a separate operation for gas supply and cleaning.

상기 목적은, 본 발명의 다른 분야에 따라, 진공챔버 내에 있는 웨이퍼에게 박막을 증착시키기 위하여 다수의 반응기체를 공급하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치에 있어서; N과 H 중 적어도 어느 하나이상을 포함하는 제1반응기체와 Ta를 포함한 제2반응기체, 캐리어 기체를 진공챔버에게 이송하는 다수의 이송관과, 상기 이송관에 설치되고, 제1반응기체가 이온화되도록 소정의 주파수영역을 갖는 고주파에너지를 발생하여 플라즈마현상을 유도하는 플라즈마발생부와, 제1반응기체를 소정의 온도로 가열하여 상기 이송관을 향하여 승화시키는 반응기체발생부와, 상기 플라즈마발생부에 의해 이온화된 반응기체와 이온화되지 않는 반응기체 중 어느 하나를 공급한 후에 클리닝용 캐리어기체를 순차적으로 공급하여 클리닝시키는 밸브구동부와, 상기 밸브구동부가 반응기체 공급과 클리닝을 하기 위하여 개별동작이 이루어지도록 제어신호를 발생하는 밸브제어부를 포함하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치에 의해 달성된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a gas transfer apparatus of an atomic layer forming apparatus using a remote plasma supplying a plurality of reactor bodies for depositing a thin film on a wafer in a vacuum chamber; A first reaction gas including at least one of N and H, a second reaction gas including Ta, a plurality of transfer tubes for transferring carrier gas to the vacuum chamber, and a first reaction gas installed in the transfer tube. A plasma generating unit for generating high frequency energy having a predetermined frequency region to ionize and inducing a plasma phenomenon, a reactor body generating unit for heating the first reaction gas to a predetermined temperature and subliming toward the transfer pipe, and generating the plasma A valve driving unit for supplying and cleaning the carrier gas for cleaning sequentially after supplying one of the ionized reactor and the non-ionized reactor, and the valve driving unit is individually operated to supply and clean the reactor. A device for forming an atomic layer using a remote plasma including a valve control unit for generating a control signal It is accomplished by the transfer device.

여기서, 상기 플라즈마발생부에 의한 반응기체는 NH₃또는 H₂중에서 어느 하나이고, 상기 반응기체발생부에 의한 반응기체는 TaCl₅인 것이 바람직하다.Here, the reactor body by the plasma generating unit is any one of NH ₃ or H ₂ , it is preferable that the reactor body by the reactor generating unit is TaCl ₅ .

또한, 상기 밸브구동부는 불활성의 클리닝용 캐리어기체를 공급하여 클리닝시키는 클리닝용 캐리어기체발생부를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the valve driving unit preferably includes a cleaning carrier gas generating unit for supplying and cleaning the inert cleaning carrier gas.

그리고, 상기 밸브구동부에 의한 공급순서는 반응기체발생부에 의한 반응기체, 클리닝용 캐리어기체, 플라즈마발생부에 의한 반응기체, 클리닝용 캐리어기체로 이루어지는 사이클이 다수회 반복되는 것이 바람직하다.In addition, the supply sequence by the valve driving unit is preferably repeated a plurality of cycles consisting of the reactor body by the reactor body generating unit, the carrier gas for cleaning, the reactor body by the plasma generating unit, the cleaning carrier gas.

또한, 상기 클리닝용 캐리어기체는 아르곤과 질소를 포함하는 불활성 기체 중 적어도 어느 하나이상이며, 이는 상기 반응기체발생부에서 형성된 반응기체와 상기 플라즈마에 의해 이온화된 반응기체를 상기 진공챔버로 이송시키는 캐리어기능을 갖는 것이 바람직하다.In addition, the cleaning carrier gas is at least one or more of an inert gas containing argon and nitrogen, which is a carrier for transporting the reactor gas formed in the reactor body generating unit and the reactor gas ionized by the plasma to the vacuum chamber It is desirable to have a function.

또한, 상기 플라즈마발생부와 상기 반응기체발생부에는 각각 플라즈마에 의해 이온화된 기체와 반응기체발생부에서 형성된 반응기체가 일정하게 공급되도록 제어하는 유량제어부가 마련되어 있는 것이 바람직하다.In addition, the plasma generating unit and the reactive gas generating unit are preferably provided with a flow rate control unit for controlling a constant supply of the gas ionized by the plasma and the reactive gas formed in the reactive gas generating unit.

또한, 상기 반응기체발생부는 TaCl₅의 고체상태 원료를 승화시킨 반응기체와 Ta(OC₂H₅)₅의 액체상태 원료를 기화시킨 반응기체 중 어느 하나로 유도하는 것이 바람직하다. 상기 반응기체발생부는 TaCl₅의 고체상태 원료의 승화조건이 만족되는 100-150℃까지 가열되는 것이 바람직하다.In addition, the reactive gas generator is preferably guided to any one of the reaction material sublimation of the solid state raw material of TaCl ₅ and the reaction material vaporized the liquid raw material of Ta (OC ₂ H ₅ ) ₅ . The reactive gas generating unit is preferably heated to 100-150 ℃ to satisfy the sublimation conditions of the solid state raw material of TaCl ₅ .

그리고, 상기 밸브구동부에는 상기 챔버로 공급되는 플라즈마에 의해 이온화된 반응기체와 반응기체발생부에서 형성된 반응기체가 일정한 압력을 유지하도록 한 바이패스수단이 마련되어 있는 것이 바람직하다. 상기 바이패스수단은 오리피스(orifice)와 메트링밸브(metering valve) 중 어느 하나인 것이 바람직하다.In addition, the valve driving unit is preferably provided with bypass means for maintaining a constant pressure between the reactor body ionized by the plasma supplied to the chamber and the reactor body formed in the reactor body generating unit. Preferably, the bypass means is one of an orifice and a metering valve.

한편, 상기 밸브구동부는 상기 반응기체발생부의 반응기체를 상기 진공챔버의 웨이퍼에게 공급하는 제 1 피딩밸브부와, 상기 플라즈마발생부의 의한 반응기체를 상기 챔버의 웨이퍼에게 공급하는 제 2 피딩밸브부와, 상기 제 1 피딩밸브부와 제 2 피딩밸브부에 의한 각각의 공급 후 클리닝용 캐리어기체를 상기 챔버를 향하여 공급하는 퍼지밸브부를 포함하는 것이 바람직하다.The valve driving part may include a first feeding valve part for supplying the reactor body of the reactor body generating part to the wafer of the vacuum chamber, and a second feeding valve part for supplying the reactor body by the plasma generating part to the wafer of the chamber; And a purge valve part for supplying the cleaning carrier gas for each post-supply cleaning to the chamber by the first feeding valve part and the second feeding valve part.

상기 밸브제어부는 상기 제 1 피딩밸브부에 따른 상기 반응기체를 공급하면서 상기 퍼지밸브부에 의한 캐리어기체를 상기 챔버에게 공급되도록 제어하며, 상기 제 2 피딩밸브부에 따른 상기 플라즈마에 의해 이온화된 기체를 공급하면서 상기 퍼지밸브부에 의한 캐리어기체를 상기 챔버에게 공급되도록 제어하는 것이 바람직하다.The valve control unit controls the carrier gas by the purge valve unit to be supplied to the chamber while supplying the reactor body according to the first feeding valve unit, and the gas ionized by the plasma according to the second feeding valve unit. It is preferable to control the carrier gas to be supplied to the chamber by the purge valve unit while supplying.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명이 적용되는 통상적인 박막 증착장치를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치의 개념을 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명에 따른 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치의 일실시예를 나타낸 계통도이고, 도 4a 및 도 4b는 도 3의 밸브동작을 제어하기 위한 시간에 따른 시퀸스 타이밍도이다.Hereinafter, a gas transfer apparatus of an atomic layer forming apparatus using a remote plasma according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 is a cross-sectional view showing a conventional thin film deposition apparatus to which the present invention is applied, FIG. 2 is a block diagram showing the concept of a gas transfer apparatus of an atomic layer forming apparatus using a remote plasma according to the present invention, and FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing an embodiment of a gas transfer apparatus of an atomic layer forming apparatus using a remote plasma, and FIGS. 4A and 4B are sequence timing diagrams according to time for controlling the valve operation of FIG. 3.

먼저, 본 발명이 적용되는 통상적인 박막증착장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 반응기체를 교번적으로 이송하는 기체이송장치(1)와, 웨이퍼(2)가 안착 되는 서셉터(susceptor)(3)와, 상기 서셉터(3)를 수용하여 상기 기체이송장치(1)로부터 이송된 기체를 상기 웨이퍼(2)에 증착 가능하도록 한 진공챔버(4)를 가지고 있다.First, a conventional thin film deposition apparatus to which the present invention is applied, as shown in FIG. 1, a gas transfer apparatus 1 for alternately transferring a plurality of reactor bodies, and a susceptor on which the wafer 2 is seated. (3) and a vacuum chamber (4) for accommodating the susceptor (3) and allowing vapor transferred from the gas transfer device (1) to be deposited on the wafer (2).

본 발명에 따른 기체이송장치는 도 2에 도시된 바와 같이, NH3와 H2 중 어느 하나의 기체소스인 제1반응기체 및 TaCl5의 고체소스를 승화시킨 반응기체와 Ta(OC2H5)5의 액체소스를 기화 시킨 반응기체인 제2반응기체와, 상기 제1 및 제2반응기체를 이송시키거나 상기 진공챔버(4) 내를 클리닝시키는 캐리어기체를 상기 진공챔버(4)에게로 이송 안내하는 다수개의 이송관(15)과, 상기 이송관(15) 내에 설치되어 있으며 상기 제1반응기체에게 여기 에너지를 공급하고 플라즈마현상을 유도하여 이온화시키는 에너지공급부(20)와, 상기 이송관(15)에 설치되어 있으며 상기 에너지공급부(20)에서 플라즈마 현상에 의해 이온화된 제1반응기체와 상기 제2반응기체를 교번적으로 상기 진공챔버(4)에게로 공급하여 상기 반도체 웨이퍼의 박막증착을 유도하는 기체이송제어부(30)를 가지고 있다.여기서, 상기 에너지공급부(20)는 소정의 고주파전원과 13.56MHz의 고주파를 갖는 고주파에너지에 의해서 상기 제1반응기체를 여기시켜 플라즈마한상에 따른 기체로 이온화되도록 유도하는 플라즈마발생부이다.As shown in FIG. 2, the gas transfer apparatus according to the present invention uses a liquid source of Ta (OC2H5) 5 and a reactor gas obtained by sublimating a solid source of TaCl5 and a first reaction gas, which is one of NH3 and H2. A plurality of transfer tubes for guiding the second reaction gas, which is a vaporized reactor gas, and a carrier gas for transferring the first and second reaction gases or cleaning the inside of the vacuum chamber 4, to the vacuum chamber 4. (15), an energy supply unit (20) installed in the transfer pipe (15) and supplying excitation energy to the first reaction gas and inducing a plasma phenomenon to ionize the transfer pipe (15). A gas transfer control unit for supplying the first reaction gas and the second reaction gas ionized by the plasma phenomenon from the energy supply unit 20 to the vacuum chamber 4 alternately to induce thin film deposition of the semiconductor wafer ( 30) Has, where the energy supply unit 20 is a plasma generating unit that excites the guided such that the first reaction gas to the ionized gas of the plasma Hansang by the high-frequency energy having a predetermined high-frequency power and high frequency 13.56MHz of.

상기 기체이송제어부(30)는 상기 플라즈마발생부에 의해 이온화된 반응기체와 상기 제2반응기체를 교번적으로 공급하면서 이들 각각 반응기체 및 제2반응기체를 공급한 후에 캐리어기체를 공급하여 각 공정의 기체분위기를 클리닝시키고, 상기 플라즈마에 의해 이온화된 반응기체와 상기 제2반응기체가 교번적으로 상기 진공챔버(4)에게 주입되도록 한 기체 이송용 캐리어기체를 함께 주입시킨다. 이 때, 동시에 공급되는 기체는 상기 진공챔버(4) 내에서 일정한 압력이 유지하도록 바이패스된다.The gas transfer control unit 30 supplies the carrier gas and the carrier gas after supplying the reactor gas and the second reaction gas, respectively, while alternately supplying the reactor gas and the second reaction gas ionized by the plasma generator. The gas atmosphere of the gas is cleaned, and the carrier gas for transporting the gas to allow the reactor gas ionized by the plasma and the second reaction gas to be injected into the vacuum chamber 4 alternately. At this time, the gas supplied at the same time is bypassed so as to maintain a constant pressure in the vacuum chamber 4.

본 기체이송장치의 일실시예는 도 3에 도시된 바와 같이, 반응기체를 반응실로 유입하기 위하여 Ta를 포함하는 반응 물질인 TaCl5의 고체소스의 반응물질을 저장하는 용기(4')와, 상기 용기(4')의 외면에 설치되어 있으며 반응고체를 일정한 온도까지 가열하여 TaCl5의 제2반응기체로 승화시키는 발열부(5)와, 발생된 반응기체를 일정한 양으로 제어하기 위한 유량제어부(6)와, 시간에 따라 발생된 반응기체를 진공챔버 또는 바이패스라인(P)으로 이송시키기 위한 제1피딩밸브부(V1,V2,V3,V9,V11)(23)로 구성되어 있다. 이 때, 상기 발열부(5)는 TaCl5 소스고체를 100-150 deg C 까지 균일하게 가열하여 반응기체가 일정하게 승화되도록 한다. 또한, 상기 바이패스라인은 상기 진공챔버(4)의 압력이 일정하게 유지되도록 일정한 기체량을 형성하는 유량제어기(MFC 3)가 설치되어 있다.As shown in FIG. 3, an embodiment of the present gas transfer apparatus includes a container 4 'for storing a reactant of a solid source of TaCl5, which is a Ta-containing reactant, to introduce a reactant into the reaction chamber. It is provided on the outer surface of the vessel (4 ') and the heating unit 5 for heating the reaction solid to a constant temperature to sublimate to the second reaction gas of TaCl5, and the flow control unit for controlling the generated reaction gas in a constant amount (6) ) And first feeding valve portions (V1, V2, V3, V9, V11) 23 for conveying the reactant generated over time to the vacuum chamber or bypass line (P). At this time, the heat generating unit 5 uniformly heats the TaCl5 source solids to 100-150 deg C so that the reactor body is constantly sublimated. In addition, the bypass line is provided with a flow controller (MFC 3) for forming a constant amount of gas so that the pressure in the vacuum chamber (4) is kept constant.

여기서, 상기 용기(4')와 발열부(5)는 Ta를 포함한 고체소스를 소정의 온도로 가열하여 반응기체로 승화시키는 반응기체발생부로 통칭될 수 있다.또한, 반응물질을 상기 진공챔버(4)에게 이송 후 초기에 유입된 반응기체를 진공챔버로부터 제거하기 위하여 불활성기체 즉 N2와 Ar 등을 공급하는 퍼지밸브부 (V4,V5,V13)(27)가 구성되어 있다. 퍼지밸브부(V4,V5,V13)(27)에는 일정한 양으로 제어되도록 유량제어기(MFC 1)가 설치되어 있다.The vessel 4 'and the heat generating unit 5 may be collectively referred to as a reactor body generating unit for heating a solid source including Ta to a predetermined temperature to sublimate the reactor body. 4) A purge valve portion (V4, V5, V13) 27 is provided for supplying an inert gas, that is, N2 and Ar, in order to remove the reactor gas initially introduced after transfer to 4). The purge valve portions V4, V5, V13 27 are provided with a flow controller MFC 1 so as to be controlled in a constant amount.

그리고, N를 포함하는 기체소스 즉 NH3의 제1반응기체를 일정하게 공급하기 위한 유량제어부(MFC 2)와, 상기 제1반응기체가 플라즈마 현상을 일으키도록 소정의 고주파에너지 즉 일정 전원을 갖는 13.56MHz의 고주파로 상기 기체소스를 여기시켜 이온화를 유도하는 플라즈마발생부(7)와, 플라즈마발생부(7)로부터 여기된 반응기체 즉 NH3의 플라즈마에 의해 이온화된 반응기체를 진공챔버 또는 바이패스라인(P)을 통하여 시간에 따라 순차적으로 이송 시키기 위한 제2피딩밸브부(V6,V7,V8,V10)(25)로 구성되어 있다.이때, 바이패스라인은 일정한 양이 제어되도록 유량제어기(MFC 4)가 설치되어 있다.따라서, 상기 제1피딩밸브부(V1,V2,V3,V9,V11)(23)와 상기 제2피딩밸브부(V6,V7,V8,V10)(25)와 상기 퍼지밸브부(V4,V5,V13)(27)는 각각 상기 플라즈마발생부(7)의 플라즈마에 의해 이온화된 반응기체와 상기 반응기체발생부의 제2반응기체가 상기 챔버를 향하여 상호 교번적으로 공급되도록 하고, 상기 플라즈마에 의해 이온화된 반응기체와 상기 제2반응기체 중 어느 하나를 공급한 후에 클리닝용 캐리어기체를 순차적으로 공급하여 클리닝시키는 밸브구동부(21)로 통칭될 수 있다.13.56 having a flow control unit MFC 2 for uniformly supplying a first source of N3, that is, a gas source including N, and a predetermined high frequency energy, that is, a constant power source, to cause the first reactor to generate a plasma phenomenon. Plasma generator 7 for exciting the gas source to induce ionization at a high frequency of MHz and a reactor gas excited from plasma generator 7, i.e., a reactor gas ionized by plasma of NH 3, in a vacuum chamber or a bypass line. It consists of a second feeding valve unit (V6, V7, V8, V10) (25) for sequentially feeding with time through (P). At this time, the bypass line is a flow controller (MFC) so that a constant amount is controlled. 4). Thus, the first feeding valve portions V1, V2, V3, V9, V11, 23 and the second feeding valve portions V6, V7, V8, V10 25 and the The purge valve portions V4, V5, and V13 are each ionized by the plasma of the plasma generator 7, respectively. The reactor gas and the second reaction gas of the reactor gas generator are alternately supplied toward the chamber, and the carrier gas for cleaning is supplied after supplying one of the reactor gas and the second reaction gas ionized by the plasma. It may be referred to collectively as the valve drive unit 21 for supplying and cleaning sequentially.

여기서, 상기 제1피딩밸브부(V1,V2,V3,V9,V11)(23)와 상기 제2피딩밸브부(V6,V7,V8,V10)(25)와 상기 퍼지 밸브부(V4,V5,V13)(27)는 밸브제어부(미도시)에 의해서 제어되며, 즉, 상기 밸브제어부는 상기 제1피딩밸브부(23)를 제어하여 TaCl5의 제2반응기체를 상기 진공챔버(4)에게 공급한 후에 상기 퍼지밸브부를 제어하여 상기 N2와 Ar 등을 포함하는 불활성기체로 상기 진공챔버(4) 내부를 클리닝시키고, 이후, 상기 제2피딩밸브부(25)를 제어하여 NH3의 플라즈마에 의해 이온화된 반응기체를 상기 진공챔버(4)에게 공급한 후에 상기 퍼지밸브부(27)를 제어하여 상기 N2와 Ar 등을 포함하는 불활성 기체로 상기 진공챔버(4) 내부를 클리닝시킨다. 상기 클리닝시의 기체는 캐리어기체이다.Here, the first feeding valve unit (V1, V2, V3, V9, V11) 23, the second feeding valve unit (V6, V7, V8, V10) (25) and the purge valve unit (V4, V5) V13 and 27 are controlled by a valve control unit (not shown), that is, the valve control unit controls the first feeding valve unit 23 to supply a second reaction gas of TaCl5 to the vacuum chamber 4. After supplying, the purge valve unit is controlled to clean the inside of the vacuum chamber 4 with an inert gas including N2, Ar, and the like. Then, the second feeding valve unit 25 is controlled to control the plasma by NH3. After the ionized reactor is supplied to the vacuum chamber 4, the purge valve part 27 is controlled to clean the inside of the vacuum chamber 4 with an inert gas including N 2 and Ar. The gas at the time of cleaning is a carrier gas.

부연하면, 상기 밸브제어부는 상기 제1피딩밸브부(V1,V2,V3,V9,V11)(23)와 상기 제2피딩밸브부(V6,V7,V8,V10)(25)와 상기 퍼지밸브부(V4,V5,V13)(27)를 제어하여 순차적으로 TaCl5의 제2반응기체로 피딩, 불활성기체로 퍼지, NH3의 플라즈마로 이온화된 반응기체로 피딩, 불활성기체로 퍼지 순으로 이루어지는 반응사이클 단위로 동작한다. 상기 반응사이클은 설계된 공정에 따라 수회 반복될 수 있다.이 때, 상기 밸브제어부는 상기 제1피딩밸브부(V1,V2,V3,V9,V11)(23)와 상기 제2피딩밸브부(V6,V7,V8,V10)(25)를 제어하여 TaCl5의 제2반응기체또는 NH3의 플라즈마에 의해 이온화된 반응기체가 피딩 되도록 캐리어기체를 동시에 공급하여 빠른 이송을 유도한다.결국, 상기 밸브구동부(21)와 상기 밸브제어부는 도 2에 도시된 바와 같은 기체이송제어부(30)로 통칭된다.한편, 반응기체발생부의 다른 실시예로서, Ta를 포함하는 액체를 반응물질 즉 Ta(OC2H5)5의 액체소스를 사용하는 경우에는 가압기체에 의하여 반응물질이 저장된 용기(8)와, 일정한 압력으로 가압하여 추출된 액체로부터 순수한 반응액체만을 이송하기 위하여 가압기체를 제거하는 가압기체추출부(9)와, 일정한 양의 액체소스가 공급되도록 제어하는 액체유량제어기(10)와, 이송된 액체를 기화시키기 위하여 소정의 온도로 가열하는 증발기(11)로 구성되어 있다. 상기 증발기(11)로부터 유도된 제2반응기체는 기 언급된 상기 제1피딩밸브부(V1,V2,V3,V9,V11)(23)에 연결되어 진공챔버 또는 바이패스라인으로 유도되고, 동시에 상기 제2피딩밸브부(25)와 상기 퍼지밸브부(27)에 의한 플라즈마에 의해 이온화된 반응기체 및 클리닝용 캐리어기체와 함께 반응사이클을 이루도록 연이어 동작된다.In other words, the valve control unit may include the first feeding valve unit V1, V2, V3, V9 and V11 23, the second feeding valve unit V6, V7, V8 and V10 25 and the purge valve. Reaction cycle consisting of sequentially controlling the unit (V4, V5, V13) 27, feeding with the second reaction gas of TaCl5, purging with inert gas, feeding with the reactor ionized with plasma of NH3, and purging with inert gas It works in units. The reaction cycle may be repeated several times according to the designed process. In this case, the valve control unit may include the first feeding valve unit V1, V2, V3, V9 and V11 23 and the second feeding valve unit V6. , V7, V8, V10) are controlled to simultaneously feed the carrier gas to feed the second reaction gas of TaCl5 or the ionized reactor gas by NH3 plasma to induce rapid transfer. 21) and the valve control unit are collectively referred to as the gas transfer control unit 30 as shown in FIG. 2. Meanwhile, as another embodiment of the reactor body generating unit, a liquid containing Ta may be replaced with a reactant, ie, Ta (OC2H5) 5. In the case of using a liquid source, the container 8 stores the reactants by the pressurized gas, and the pressurized gas extracting unit 9 for removing the pressurized gas to transfer only the pure reaction liquid from the extracted liquid by pressurizing it at a constant pressure. To control the supply of a certain amount of liquid source It is composed of a liquid mass flow controller 10, a vaporizer 11 for heating to a predetermined temperature in order to vaporize the liquid feed. The second reaction gas derived from the evaporator 11 is connected to the aforementioned first feeding valve part (V1, V2, V3, V9, V11) 23 and is led to a vacuum chamber or bypass line. The second feeding valve unit 25 and the purge valve unit 27 are successively operated to form a reaction cycle together with the reactor gas ionized by the plasma and the cleaning carrier gas.

그리고, 상기 밸브제어부의 동작은 도 4a와 같이 이루어지며, 도 4a의 세로축은 제어기 V1로부터 V10을 Open/Close로 나타낸 것이고 가로축은 시간을 나타낸 것으로 각각 1부터 6스텝으로 나타낸 것이다.In addition, the operation of the valve control unit is performed as shown in FIG. 4A. The vertical axis of FIG. 4A represents Open / Close of V10 from the controller V1 and the horizontal axis represents time from 1 to 6 steps, respectively.

스텝1 부터 6은 원자층 형성 장치를 위한 반응물질 전달 방법에 대한 것으로, 스텝 1과 2는 웨이퍼가 초기에 반응실로 유입된 후 초기의 공정을 빠르게 유지하기 위한 공정 전 단계이며, 스텝 3에서 6은 제1반응기체와 제2 반응기체 및 클리닝용 캐리어기체가 각 스텝당 1피딩, 1퍼지 그리고 1피딩, 2퍼지가 시간에 따라 연속적으로 반복되는 반응사이클을 가진다. 특히 도 4a는 리모트 플라즈마를 계속적으로 ON/OFF하면서 공정을 진행하는 방법에 대한 것으로 리모트 플라즈마 발생 후 진공챔버(4)에 유입되는 경우와 바이패스로 유입되는 과정을 나타낸 것이다.Steps 1 to 6 are for reactant delivery methods for the atomic layer forming apparatus. Steps 1 and 2 are pre-process steps for rapidly maintaining the initial process after the wafer is initially introduced into the reaction chamber. The first and second reactors and the cleaning carrier gas have a reaction cycle in which one feed, one purge, one feed, and two purges are continuously repeated with time. In particular, FIG. 4A illustrates a method of proceeding the process while continuously turning on / off the remote plasma, and illustrates a case where the remote plasma is introduced into the vacuum chamber 4 and a bypass flow.

즉, TaCl5의 고체소스가 승화된 제2반응기체 또는 Ta(OC2H5)5의 액체소스가 기화된 제2반응기체의 피딩(A)은 제1피딩밸브부(V1,V2,V3,V9,V11)(23)가 차단된 상태에서 V1밸브와 V3밸브가 개방되어 상기 제2반응기체를 공급하고, 퍼지밸브부(V4,V5,V13)(27) 중 V5밸브의 개방에따라 캐리어기체를 공급하여 상기 진공챔버(4)에게로 이송되도록 한다. 이 때, 상기 V6밸브와 V8밸브가 개방되어 이송관(15)에 일정한 압력이 유지되도록 바이패스한다.또한 이송용 캐리어기체 또는 클리닝용 캐리어기체 즉 N2와 Ar등을 포함하는 불활성기체의 퍼지(A)는 퍼지밸브부(V4,V5,V13)(27) 중 V4밸브를 개방하여 V3밸브 측의 피딩 이송관을 클리닝하고, 이 때, V2밸브와 V9밸브를 개방(바이패스)하여 제1피딩 측의 압력을 조절하고 V6밸브와 V8밸브를 개방(바이패스)하여 제2피딩 측의 압력을 조절한다. 여기서, 상기 V13밸브는 개방된 상태이고 나머지는 차단된 상태이다.That is, the feeding A of the second reaction gas in which the solid source of TaCl5 is sublimed or the second reaction gas in which the liquid source of Ta (OC2H5) 5 is vaporized is provided in the first feeding valve unit V1, V2, V3, V9, V11. V1 and V3 valves are opened while 23) is blocked to supply the second reaction gas, and the carrier gas is supplied in accordance with the opening of the V5 valve among the purge valve parts V4, V5, and V13. To be transferred to the vacuum chamber (4). At this time, the V6 and V8 valves are opened to bypass the constant pressure in the transfer pipe 15. Further, purge of the inert gas including the transfer carrier gas or the cleaning carrier gas, that is, N2 and Ar, etc. A) opens the V4 valve among the purge valve portions V4, V5 and V13 27 to clean the feeding feed pipe on the V3 valve side, and at this time, the V2 valve and the V9 valve are opened (bypassed). Adjust the pressure on the feeding side and open (bypass) the V6 and V8 valves to adjust the pressure on the second feeding side. Here, the V13 valve is open and the rest are blocked.

NH3의 플라즈마에 의해 이온화된 반응기체의 피딩(B)은 제2피딩밸브부(V6,V7,V8,V10)(25)가 차단된 상태에서 V6밸브와 V7밸브가 개방되어 플라즈마에 의해 이온화된 반응기체를 상기 진공챔버(4)에게로 공급하고 퍼지밸브부(V4,V5,V13)(27) 중 V4밸브의 개방에 따라 캐리어기체를 공급하여 상기 진공챔버(4)에게로 이송되도록 한다. 이 때, 상기 V2밸브와 V9밸브가 개방(바이패스)되어 이송관에 일정한 압력이 유지되도록 한다. 이후, 퍼지(B)는 퍼지밸브부(V4,V5,V13)(27) 중 V5밸브를 개방하여 V7밸브 측의 피딩 이송관을 클리닝하고, 이 때, V1밸브와 V2밸브를 개방(바이패스)하여 제1피딩 측의 압력을 조절하고 V8밸브와 V10밸브를 개방(바이패스)하여 제2피딩 측의 압력을 조절한다.Feeding (B) of the reactor body ionized by the plasma of NH3 is V6, V7, V8, V10 in the state in which the second feeding valve section (V6, V7, V8, V10) 25 is blocked open the valve V6 and ionized by the plasma The reactor gas is supplied to the vacuum chamber 4, and the carrier gas is supplied to the vacuum chamber 4 according to the opening of the V4 valve among the purge valve units V4, V5, and V13 27. At this time, the V2 valve and the V9 valve are opened (bypassed) to maintain a constant pressure in the feed pipe. Thereafter, the purge B opens the V5 valve among the purge valve portions V4, V5, and V13 27 to clean the feeding feed pipe on the V7 valve side, and at this time, opens the V1 valve and the V2 valve (bypassing). To adjust the pressure on the first feeding side and open (bypass) the V8 and V10 valves to adjust the pressure on the second feeding side.

상술한 바와 같은 기체이송장치는 진공챔버 내의 웨이퍼에 TaN박막을 증착시킬 수 있으며, 상기와 같은 한 사이클 단위로공정을 수행하면 설계에 따른 박막 두께를 조절할 수 있다. 이 때, 상기 한 사이클의 박막은 수 Å의 두께로 증착된다.The gas transfer device as described above may deposit a TaN thin film on a wafer in a vacuum chamber, and if the process is performed in one cycle unit as described above, the thickness of the thin film according to the design may be adjusted. At this time, the thin film of one cycle is deposited to a thickness of several microseconds.

도시되지 않았지만 진공챔버 내의 웨이퍼에 Ta 박막을 증착하기 위해서는 상기 기체이송장치의 NH3 기체소스 대신에 질소(N)를 포함하지 않는 H2 기체소스를 사용하여 상기 상술한 바와 같이 공정을 진행하면 된다.Although not shown, in order to deposit the Ta thin film on the wafer in the vacuum chamber, the process may be performed as described above using an H 2 gas source that does not contain nitrogen (N) instead of the NH 3 gas source of the gas transfer device.

한편, 리모트 플라즈마를 연속적으로 유지하면서 공정을 진행할 경우는 도 4b에 도시된 바와 같이 연속적으로 안정된 플라즈마를 유지하기 위해 에너지공급부 즉 플라즈마발생부 내의 압력을 일정하게 유지할 수 있도록 밸브를 제어한다.On the other hand, when the process proceeds while maintaining the remote plasma continuously, as shown in Figure 4b to control the valve to maintain a constant pressure in the energy supply unit, that is, the plasma generating unit to maintain a continuously stable plasma.

즉, TaCl5의 고체소스가 승화된 제2반응기체 또는 Ta(OC2H5)5의 액체소스가 기화된 제2반응기체의 피딩(A)은 제1피딩밸브부(V1,V2,V3,V9,V11)(23)가 차단된 상태에서 V1밸브와 V3밸브가 개방되어 상기 제2반응기체를 공급하고, 퍼지밸브부(V4,V5,V13)(27) 중 V5밸브의 개방에 따라 캐리어기체를 공급하여 상기 진공챔버(4)에게로 이송되도록 한다. 이 때, 상기V6밸브와 V8밸브가 개방되어 이송관(15)에 일정한 압력이 유지되도록 바이패스한다.또한 캐리어 또는 클리닝용 캐리어기체 즉 N2와Ar 등을 포함하는 불활성기체의 퍼지(A)는 퍼지밸브부(V4,V5,V13) 중 V4밸브를 개방하여 V3밸브 측의 피딩 이송관(15)을 클리닝하고, 이 때, V2밸브와 V9밸브를 개방(바이패스)하여 제1피딩 측의 압력을 조절하고 V6밸브와 V8밸브를 개방(바이패스)하여 제2피딩 측의 압력을 조절한다. 여기서, 상기 V13밸브는 개방된 상태이고 나머지는 차단된 상태이다.That is, the feeding A of the second reaction gas in which the solid source of TaCl5 is sublimed or the second reaction gas in which the liquid source of Ta (OC2H5) 5 is vaporized is provided in the first feeding valve unit V1, V2, V3, V9, V11. Valve 23 and V3 are opened to supply the second reaction gas, and the carrier gas is supplied according to the opening of the V5 valve among the purge valve parts V4, V5, and V13. To be transferred to the vacuum chamber (4). At this time, the V6 valve and the V8 valve are opened to bypass a constant pressure in the transfer pipe 15. Further, the purge A of the inert gas including the carrier or cleaning carrier gas, that is, N2 and Ar, etc. Open the V4 valve among the purge valve sections V4, V5, and V13 to clean the feeding feed pipe 15 on the V3 valve side. At this time, the V2 and V9 valves are opened (bypassed) to the first feeding side. Adjust the pressure and open (bypass) the V6 and V8 valves to adjust the pressure on the second feeding side. Here, the V13 valve is open and the rest are blocked.

NH3의 플라즈마에 의해 이온화된 반응기체의 피딩(B)은 제2피딩밸브부(V6,V7,V8,V10)(25)가 차단된 상태에서 V6밸브와 V7밸브가 개방되어 플라즈마에 의해 이온화된 반응기체를 상기 진공챔버(4)에게로 공급하고 퍼지밸브부(V4,V5,V13)(27) 중 V4밸브의 개방에 따라 캐리어기체를 공급하여 상기 진공챔버(4)에게로 이송되도록 한다. 이 때, 상기 V2밸브와 V9밸브가 개방(바이패스)되어 이송관(15)에 일정한 압력이 유지되도록 한다.이후, 퍼지(B)는 퍼지밸브부(V4,V5,V13) 중 V5밸브를 개방하여 V7밸브 측의 피딩 이송관(15)을 클리닝하고, 이 때, V1밸브와 V2밸브를 개방(바이패스)하여 제1피딩 측의 압력을 조절하고 V6밸브와 V8밸브를 개방(바이패스)하여 제2피딩 측의 압력을 조절한다.Feeding (B) of the reactor body ionized by the plasma of NH3 is V6, V7, V8, V10 in the state in which the second feeding valve section (V6, V7, V8, V10) 25 is blocked open the valve V6 and ionized by the plasma The reactor gas is supplied to the vacuum chamber 4, and the carrier gas is supplied to the vacuum chamber 4 according to the opening of the V4 valve among the purge valve units V4, V5, and V13 27. At this time, the V2 and V9 valves are opened (bypassed) so that a constant pressure is maintained in the transfer pipe 15. Thereafter, the purge B opens the V5 valve among the purge valve portions V4, V5, and V13. Open and clean the feeding conveying pipe 15 on the V7 valve side, and at this time, open the valve (V1) and V2 to regulate the pressure on the first feeding side and open the V6 and V8 valves (bypassing). ) To adjust the pressure on the second feeding side.

여기서, 상기 플라즈마를 계속적으로 ON/OFF하면서 공정을 수행하는 경우는 플라즈마에 의해 이온화된 기체가 피딩될 경우에만 플라즈마를 ON시키기에 플라즈마에너지를 다소 절약할 수 있으며, 퍼지시의 동작시스템을 정밀하게 설계하여야 하는 장단점을 가지고 있다. 그리고, 상기 플라즈마를 계속적으로 유지할 경우는 피지시의 동작시스템이 다소 단순하게 설계되어도 가능하며, 플라즈마에너지의 소비가 많다는 장단점이 있다.In the case where the process is performed while the plasma is continuously ON / OFF, the plasma energy can be saved to turn ON only when the gas ionized by the plasma is fed, and the operation system during purge can be precisely There are advantages and disadvantages to design. In the case where the plasma is continuously maintained, the operation system may be designed to be somewhat simpler, and there are advantages and disadvantages of high consumption of plasma energy.

상술한 바와 같은 기체이송장치는 진공챔버 내의 웨이퍼에 TaN Ta박막을 증착시킬 수 있으며, 상기와 같은 한 사이클단위로 공정을 수행하면 설계에 따른 원하는 박막 두께를 조절할 수 있다. 이 때, 상기 한 사이클의 박막은 수 Å의 두께로 증착된다.The gas transfer device as described above may deposit a TaN Ta thin film on a wafer in a vacuum chamber, and if the process is performed in one cycle unit as described above, a desired thin film thickness according to the design may be adjusted. At this time, the thin film of one cycle is deposited to a thickness of several microseconds.

그러므로, NH3와 TaCl5를 반응기체로 사용하는 경우 TaN 박막을 형성하기 위한 것으로써, 리모트 플라즈마에 의하여 여기된 기체는 NH3를 사용하고 TaCl5 고체소스는 고체 이송기구에 의하여 전달하여 두 반응기체와 불활성 기체를 도4a 도4b와 같이 시간에 따라 순차적으로 적용한 것이다. 이는 리모트 플라즈마에 의한 원자층 형성 공정에 의하여 증착 된 TaN박막은 구리(Copper)등의 구리배선공정의 확산장벽으로 이용되며 리모트 플라즈마를 형성시키기 위하여 이송하는 기체를 수소 (Hydrogen)으로 교체하여 리모트 플라즈마를 형성하여 이송하는 경우 Ta 박막을 형성하는 것으로 TaN Ta 박막을 반도체 공정의 구리배선 확산장벽 공정 및 고유전율 확산장벽(Diffusion Barrier) 공정에 이용한다. TaCl5 NH3 그리고 TaCl5 H2를 각각 반응 물질로 사용하는 경우 H2 NH3는 리모트 플라즈마에 의해 이온화 한 후 여기된 기체를 이용하고TaCl5는 고체 소스를 이용하여 고체소스 이송 기구를 통하여 반응실에 전달하며 원자층 형성공정에 의하여 각각 시간에 따라 연속적으로 이송한다.Therefore, when NH3 and TaCl5 are used as the reactants, the TaN thin film is used to form the TaN thin film. The gas excited by the remote plasma uses NH3 and the TaCl5 solid source is transferred by the solid transfer mechanism, so that the two reactants and the inert gas are transferred. 4a is sequentially applied with time as in FIG. 4b. The TaN thin film deposited by the atomic layer formation process by remote plasma is used as diffusion barrier of copper wiring process such as copper and replaces the gas to be transferred to hydrogen to form the remote plasma. When TaN is formed and transported, the TaN Ta thin film is used for the copper wiring diffusion barrier process and the high dielectric diffusion barrier process of the semiconductor process. When TaCl5 NH3 and TaCl5 H2 are used as reactants, H2 NH3 is ionized by a remote plasma and then excited gas is used, and TaCl5 is transferred to the reaction chamber through a solid source transfer mechanism using a solid source to form an atomic layer. Each process is continuously transferred in time.

본 발명은 산화막, 금속막, 및 질화막 증착공정에서 이용되는 원자층 형성공정을 위한 반도체 박막증착장비에 이용되는 반응물질을 높은 열에너지 대신에 리모트 플라즈마 방식에 의하여 여기된 에너지로 반응물질을 활성화시키고 이를 시간에 따라 연속적으로 반응용기에 주입함으로써, 우수한 박막을 형성할 수 있고, 특히 여기된 반응물질을 이용하여 불순물의 생성억제 및 저온에서의 박막 형성이 가능함으로 수율이 향상되는 효과가 있다.The present invention activates a reactant with energy excited by a remote plasma method instead of a high thermal energy of a reactant used in a semiconductor thin film deposition apparatus for an atomic layer forming process used in an oxide film, a metal film, and a nitride film deposition process. By continuously injecting the reaction vessel over time, an excellent thin film can be formed, and in particular, the yield can be improved by suppressing the generation of impurities and forming a thin film at a low temperature using the excited reactant.

Claims

A gas transfer apparatus of an atomic layer forming apparatus using a remote plasma for supplying first and second reactor bodies and a carrier gas into a vacuum chamber to deposit a thin film having a predetermined thickness on a wafer seated on a susceptor;

A plurality of conveying tubes for individually conveying the first and second reactor bodies and the carrier gas toward the vacuum chamber;

A plasma generation unit installed in the transfer pipe and generating a high frequency energy having a predetermined frequency region so as to ionize any one of the first reaction gas and the second reaction gas;

By supplying the reactor body ionized and the non-ionized reactor body by the plasma generator alternately to the vacuum chamber at a predetermined time interval to induce thin film deposition on the wafer, the carrier every supply cycle of the reactor bodies And a gas transfer control unit configured to clean the vacuum chamber with a gas.

The method of claim 1;

The gas transfer control unit,

A valve driving unit which supplies and cleans the carrier gas for cleaning sequentially after supplying any one of the ionized and non-ionized reactors by the plasma generator;

And a valve control unit for generating a control signal to perform a separate operation for supplying and cleaning the reactor gas, wherein the valve driving unit comprises a valve control unit for generating an atomic layer.

A gas transfer apparatus of an atomic layer forming apparatus using a remote plasma supplying a plurality of reactor bodies for depositing a thin film on a wafer in a vacuum chamber;

A plurality of transfer tubes for transferring a first reaction gas including at least one of N and H, a second reaction gas including Ta, and a carrier gas to the vacuum chamber;

A plasma generator installed in the transfer pipe and generating a high frequency energy having a predetermined frequency region so as to ionize the first reaction gas to induce a plasma phenomenon;

A reactor gas generator for heating a first reaction gas to a predetermined temperature to sublimate toward the transfer pipe;

The method of claim 3, wherein

The reactor body by the plasma generation unit is any one of NH ₃ or H ₂ , the gas carrier device of the atomic layer forming apparatus using a remote plasma, characterized in that the reactor body by the reactor body generating unit is TaCl ₅ .

The method of claim 3,

And the valve driving unit comprises a cleaning carrier gas generating unit for supplying and cleaning the inert cleaning carrier gas. The gas transfer device of the atomic layer forming apparatus using the remote plasma.

The method of claim 5,

The supply sequence by the valve driving unit includes a cycle consisting of a reactor body by a reactor body generator, a carrier gas for cleaning, a reactor body by a plasma generator, and a carrier gas for cleaning. Gas transfer device of atomic layer forming device.

The method of claim 6,

The cleaning carrier gas is at least one or more of an inert gas containing argon and nitrogen, which has a carrier function for transferring the reactor gas formed in the reactor body generating unit and the reactor gas ionized by the plasma to the vacuum chamber. A gas transfer apparatus for an atomic layer forming apparatus using a remote plasma having a.

The method of claim 3,

The plasma generating unit and the reactive gas generating unit are each provided with a flow rate control unit for controlling a constant supply of the gas ionized by the plasma and the reactive gas formed in the reactive gas generating unit, atomic layer formation using a remote plasma Gas transfer device of the device.

The method of claim 3;

The reactor generating unit is formed of an atomic layer using a remote plasma, characterized in that it is guided to any one of the reaction material sublimated solid state material of TaCl ₅ and the liquid material of Ta (OC ₂ H ₅ ) ₅ vaporized Gas transfer device of the device.

The method of claim 9;

The gas generation apparatus of the atomic layer forming apparatus using a remote plasma, characterized in that the reactor body generating unit is heated to 100-150 ℃ to satisfy the sublimation conditions of the solid state raw material of TaCl ₅ .

The method of claim 3;

The valve driving unit is an atomic layer forming apparatus using a remote plasma, characterized in that the bypass means for maintaining a constant pressure between the reactor body ionized by the plasma supplied to the chamber and the reactor body formed in the reactor body generating unit is provided. Gas transfer device.

The method of claim 11;

The bypass means is a gas transfer device of an atomic layer forming apparatus using a remote plasma, characterized in that any one of an orifice (orifice) and a metering valve (metering valve).

The method of claim 3;

The valve driving unit,

A first feeding valve unit for supplying the reactor body of the reactor body generating unit to a wafer of the vacuum chamber;

A second feeding valve unit for supplying a reactor body by the plasma generating unit to a wafer of the chamber;

And a purge valve unit for supplying the cleaning carrier gas for each post-supply cleaning to the chamber by the first feeding valve unit and the second feeding valve unit. .

The method of claim 3;

The valve control unit,

Controlling the carrier gas supplied by the purge valve unit to be supplied to the chamber while supplying the reactor body according to the first feeding valve unit;

The gas transfer device of the atomic layer forming apparatus using a remote plasma, characterized in that to control the carrier gas supplied by the purge valve unit to the chamber while supplying the gas ionized by the plasma according to the second feeding valve unit. .

delete