KR100472993B1 - thin film deposition method and the apparatus the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제 1 가스를 반응가스와 퍼지가스로 선택적으로 사용하기 위해, 제 1 가스 저장장치와 챔버 사이에 리모트 플라즈마 발생장치를 개재한 제 1 공급관과, 상기 제 1 가스 저장장치와 상기 챔버를 직접 연결하는 제 2 공급관을 포함하는 박막증착장치를 이용하여 웨이퍼상에 박막을 증착하는 방법에 있어서,According to an embodiment of the present invention, a first supply pipe is provided between a first gas storage device and a chamber via a remote plasma generator, and the first gas storage device and the chamber are used to selectively use the first gas as a reaction gas and a purge gas. In the method of depositing a thin film on a wafer using a thin film deposition apparatus comprising a second supply pipe directly connected,

상기 제 1 공급관을 통해 플라즈마(plasma) 상태의 제 1 가스를 상기 챔버로 인입하여 웨이퍼의 표면에 흡착시키는 제 1 단계와; 상기 제 2 공급관을 통해 기체 상태의 제 1 가스를 상기 챔버로 인입하여 잔류물질을 퍼지하는 제 2 단계와; 제 2 가스를 상기 챔버로 인입하여, 웨이퍼의 표면에 흡착된 상기 제 1 가스 흡착층과 반응시켜 박막을 증착하는 제 3 단계와; 상기 제 2 공급관을 통해 기체상태의 제 1 가스를 상기 챔버로 인입하여 잔류물질을 퍼지하는 제 4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법을 제공한다. 또한 이러한 방법을 구현하는 박막증착장치를 제공한다.A first step of introducing a first gas in a plasma state into the chamber through the first supply pipe and adsorbing it onto a surface of a wafer; A second step of introducing a gaseous first gas into the chamber through the second supply pipe to purge residual material; A third step of introducing a second gas into the chamber and reacting with the first gas adsorption layer adsorbed on a surface of a wafer to deposit a thin film; And a fourth step of purging the residual material by introducing a gaseous first gas into the chamber through the second supply pipe. It also provides a thin film deposition apparatus for implementing this method.

Description

박막증착방법 및 장치{thin film deposition method and the apparatus the same} Thin film deposition method and the apparatus the same}

본 발명은 반도체 제조에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 리모트 플라즈마(remote plasma)를 사용하여 웨이퍼(wafer) 상에 박막을 증착하는 방법 및 이를 위한 박막증착장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing, and more particularly, to a method of depositing a thin film on a wafer using a remote plasma and a thin film deposition apparatus therefor.

반도체 소자란 기판인 웨이퍼(wafer) 상에 에피택시(epitaxy)공정, 박막형성공정, 확산/이온(ion)주입공정, 사진노광공정(photolithography), 에칭공정 등을 통해 제조되는 고밀도 집적회로(LSI: Large Scale Integration)로서, 이 중 특히 박막형성공정은 반도체 소자의 각 구성요소를 구현하기 위해 필연적으로 전제되어야 하고, 이에 반도체 제조의 전 공정에서 수 차례 반복되는 매우 중요한 공정이다.A semiconductor device is a high density integrated circuit (LSI) fabricated through an epitaxial process, a thin film forming process, a diffusion / ion implantation process, a photolithography process, an etching process, etc. on a wafer, which is a substrate. In particular, the thin film formation process is inevitably required to implement each component of the semiconductor device, and is a very important process that is repeated several times in the entire process of semiconductor manufacturing.

이의 결과물인 박막은 용도에 따라 크게 4가지로 구분할 수 있는데, 이는 게이트 산화막이나 필드 산화막으로 주로 이용되는 산화막(SiO2)과, 도전층 간의 절연이나 확산/이온주입시의 마스크 또는 소자 보호층으로 주로 이용되는 질화막(Si3N4)과, 금속 대신에 게이트 전극으로 이용되는 다결정실리콘막(poly-Si)과, 반도체 소자 내에서 구성 요소를 연결하는 금속전극으로 이용되거나 또는 외부 단자와 연결되는 금속막이 바로 그것이다.The resulting thin film can be classified into four types according to the use, which is an oxide film (SiO 2 ) mainly used as a gate oxide film or a field oxide film, and a mask or device protective layer for insulating or diffusion / ion implantation between conductive layers. Nitride film (Si 3 N 4 ) used mainly, poly-silicon film (poly-Si) used as a gate electrode instead of a metal, and used as a metal electrode for connecting components in a semiconductor device or connected to an external terminal That is the metal film.

이들 박막을 형성하는 방법으로는 통상 균일도와 스텝 커버리지(step coverage) 특성이 비교적 뛰어나며, 특히 생산성이 우수한 화학기상증착방법(CVD : Chemical Vapour Deposition)이 널리 사용되고 있는데, 이는 내부에 밀폐된 반응영역을 가지는 챔버(chamber)에 웨이퍼(wafer)를 로딩(loading)하여 안착시킨 후, 상기 반응영역 내로 다수의 반응가스를 동시에 주입하여 이들간의 화학반응생성물을 웨이퍼 표면에 쌓아 증착하는 것이다.As a method of forming these thin films, the uniformity and the step coverage characteristics are relatively excellent, and chemical vapor deposition (CVD), which has excellent productivity, is widely used. The eggplant is loaded with a wafer in a chamber, and then a plurality of reaction gases are simultaneously injected into the reaction zone to deposit chemical reaction products therebetween on the wafer surface.

이때 이들 다수의 반응가스 간의 용이한 화학반응을 유도하기 위해 통상 챔버 내에는 고온이 부여되는데, 특히 반도체 질화막 또는 산화막 등을 구현하기 위해서는 700℃ 이상의 고온이 요구된다. 즉, 반도체 질화막 (Si3N4)또는 산화막(SiO2)을 구현하기 위한 제 1 반응가스로는 NH3, H2, O2 중 선택된 하나의 물질이, 제 2 반응가스로는 SiH4, Si2H6 중 선택된 하나의 물질이 사용되는데, 이때 제 1 반응가스인 NH3, H2, O2 등은 매우 안정한 화합물이므로 그 결합을 끊기 위해서는 700℃ 이상의 고온이 필요하다.In this case, in order to induce an easy chemical reaction between the plurality of reaction gases, a high temperature is usually provided in the chamber. In particular, a high temperature of 700 ° C. or higher is required to implement a semiconductor nitride film or an oxide film. That is, one material selected from NH 3 , H 2 , and O 2 is used as the first reaction gas for implementing the semiconductor nitride film (Si 3 N 4 ) or the oxide film (SiO 2 ), and SiH 4 , Si 2 is used as the second reaction gas. One material selected from H 6 is used. At this time, since the first reaction gas NH 3 , H 2 , O 2, etc. is a very stable compound, a high temperature of 700 ° C. or higher is required to break the bond.

그러나 이러한 고온공정은 장치의 구성 및 제어가 까다로운 단점과 함께 웨이퍼에 불필요한 열화(damage)를 가하여 소자에 손상을 주는 문제점을 가지고 있다.However, such a high temperature process has a problem in that the device is damaged by applying unnecessary damage to the wafer along with disadvantages of difficult configuration and control of the device.

한편 근래에 들어 기체물질의 화학반응을 통해 박막을 증착하는 방법의 하나로 에이엘디(ALD : Atomic Layer Deposition)라 약칭되는 원자층증착방법이 소개된 바 있는데, 이는 균일도(uniformity) 및 스텝커버리지(step coverage) 특성이 매우 우수하면서도 특히 고순도의 박막을 구현할 수 있는 장점을 가지고 있다. Recently, one of the methods of depositing a thin film through chemical reaction of gaseous materials has been introduced an atomic layer deposition method, abbreviated as Atomic Layer Deposition (ALD), which is uniformity and step coverage Although the coverage is very excellent, it has the merit of realizing a high purity thin film.

이는 둘 이상의 기체물질 간에 화학반응을 이용한다는 점에서 화학기상증착방법의 일종으로 분류되기도 하지만, 화학기상증착방법이 통상 웨이퍼가 존재하는 반응영역 내로 다수의 반응가스를 동시에 유입시켜 이의 반응생성물을 웨이퍼 상방에서 표면으로 쌓여 증착시키는 것과는 달리, 반응가스 간의 화학반응을 웨이퍼 표면에서만 한정시킨다는 점에서 상이하다.Although it is classified as a chemical vapor deposition method in that a chemical reaction is used between two or more gaseous substances, the chemical vapor deposition method usually flows a plurality of reaction gases into a reaction zone in which a wafer is present, thereby producing a reaction product thereof. Unlike the deposition on the surface from the top, the chemical reaction between the reaction gases is limited only at the wafer surface.

이에 다수의 반응가스를 각각 순차적으로 반응영역에 유입함과 동시에 각각의 반응가스 유입단계 전 후로 반응영역 내의 잔류물질을 제거하는 퍼지(purge)공정이 필수적으로 요구되는데, 예를 들어 원자층증착방법을 통해 대상물 표면에 A+B의 화합물 박막을 증착하는 경우를 설명하면, 먼저 대상물인 웨이퍼가 존재하는 반응영역 내로 A를 포함하는 제 1 반응가스를 유입함으로써 대상물의 표면에 A 물질을 흡착되도록 하는 제 1 단계가 진행된다.Therefore, a purge process is required to inject a plurality of reaction gases into the reaction zone sequentially and to remove residual substances in the reaction zone before and after each reaction gas inflow step, for example, an atomic layer deposition method. Referring to the case of depositing a compound thin film of A + B on the surface of the object through the first reaction gas containing A into the reaction zone in which the wafer, which is the object exists, to adsorb the A material on the surface of the object The first step proceeds.

이어 대상물의 표면에 흡착된 A 물질을 제외한 반응영역 내의 잔류 물질을 모두 제거하는 제 1 퍼지(purge)공정이 제 2 단계로 진행되고, 이후 B를 포함하는 제 2 반응가스를 반응영역 내로 유입시키는 제 3 단계가 진행된다. 이때 웨이퍼 상면에는 A 물질의 흡착층이 존재하고 있으므로 반응영역 내로 유입된 제 2 반응가스에 포함된 B 물질의 일부는 이들 A 물질 흡착층과 웨이퍼 표면에서 반응하여 A+B의 화합물 박막을 구성하게 되고, 최종적으로 챔버 내부에 존재하는 기체물질을 모두 제거하는 제 2 퍼지공정이 제 4 단계로 진행되는 것이다. Subsequently, a first purge process of removing all the remaining materials in the reaction zone except for the A material adsorbed on the surface of the object proceeds to the second step, and then introduces a second reaction gas containing B into the reaction zone. The third step proceeds. At this time, since the adsorption layer of the A material exists on the upper surface of the wafer, a part of the B material included in the second reaction gas introduced into the reaction zone reacts with the A material adsorption layer on the wafer surface to form a thin film of A + B compound. Finally, the second purge process for removing all the gaseous substances present in the chamber proceeds to the fourth step.

이러한 제 1 단계 내지 제 4 단계를 순서대로 1 회 진행할 경우에 웨이퍼의 표면에는 A+B 화합물로 이루어지는 매우 얇은 두께의 박막이 증착되고, 이에 원하는 두께의 박막이 구현될 때까지 전술한 제 1 단계 내지 제 4 단계로 정의되는 박막증착주기를 순차적으로 수 내지 수백 회 반복함으로써 공정을 완료하게 된다.In the case where the first to fourth steps are performed in order once, a very thin film of A + B compound is deposited on the surface of the wafer, and the first step described above is performed until the thin film of the desired thickness is realized. By repeating the thin film deposition cycle defined in the fourth step to several to several hundred times in order to complete the process.

이에 원자층증착방법을 위한 박막증착장치는 도 1에 도시한 바와 같이 내부에 웨이퍼가 안착되는 밀폐된 반응영역을 정의하는 챔버(20)와, 상기 챔버(20) 내로 유입되는 반응가스를 저장하는 가스저장부(40)를 포함하고 있다.Accordingly, the thin film deposition apparatus for the atomic layer deposition method, as shown in FIG. 1, stores a chamber 20 defining a closed reaction region in which a wafer is seated therein, and stores a reaction gas introduced into the chamber 20. Gas storage unit 40 is included.

이때 가스저장부(40)는 앞서 설명한 제 1 단계의 제 1 반응가스(S1)를 저장하는 제 1 가스저장장치(42a)와, 제 2 단계의 제 1 퍼지가스(P1)를 저장하는 제 2 가스저장장치(42b)와, 제 3 단계의 제 2 반응가스(S2)를 저장하는 제 3 가스저장장치(42c)와, 제 4 단계의 제 2 퍼지가스(P2)를 저장하는 제 4 가스저장장치(42d)로 각각 구분되고, 챔버(20)는 이들 각각의 기체물질이 유입될 수 있도록 분기된 유입관(22)과, 내부 반응영역의 기체물질을 배출하는 배출관(24) 및 이의 말단에 부설된 펌프(P)를 포함하고 있다.In this case, the gas storage unit 40 may include a first gas storage device 42a for storing the first reaction gas S1 in the first step and a second purge gas P1 for the second step. Fourth gas storage for storing the gas storage device 42b, the third gas storage device 42c for storing the second reaction gas S2 in the third step, and the second purge gas P2 in the fourth step. Each chamber 42 is divided into a device 42d, and the chamber 20 has a branched inlet tube 22 through which each gaseous substance can be introduced, and a discharge tube 24 and a distal end thereof, which discharge gaseous substances in the internal reaction zone. It includes a pump P installed.

또한 전술한 각각의 기체물질을 챔버(20) 내로 순차적으로 유입시키기 위해, 상기 가스저장부(40)와 챔버(20)의 유입관(22) 사이에는 다수의 밸브를 포함하는 가스이송부(60)가 구비되는데, 이는 제 1 내지 제 4 가스저장장치(42a, 42b, 42c, 42d)와 유입관(22)을 각각 연결하는 제 1 내지 제 4 공급관(42a-1, 42b-1, 42c-1, 42d-1)과, 이들 제 1 내지 제 4 공급관(42a-1, 42b-1, 42c-1, 42d-1) 각각에 장착되는 제 1 내지 제 4 단속밸브(V1, V2, V3, V4)를 포함하고 있다. In addition, the gas transfer unit 60 includes a plurality of valves between the gas storage unit 40 and the inlet pipe 22 of the chamber 20 to sequentially introduce the respective gaseous substances into the chamber 20. It is provided, which is the first to fourth gas storage devices (42a, 42b, 42c, 42d) and the first to fourth supply pipes (42a-1, 42b-1, 42c-1) connecting the inlet pipe 22, respectively , 42d-1 and the first to fourth intermittent valves V1, V2, V3, and V4 mounted on the first to fourth supply pipes 42a-1, 42b-1, 42c-1, and 42d-1, respectively. ) Is included.

따라서 제 1 가스저장장치(42a)에 저장된 제 1 반응가스(S1)는 온/오프(on/off) 동작을 하는 제 1 단속밸브(V1)에 의해 챔버(20) 내로의 유입이 단속되며, 마찬가지로 제 1 퍼지가스(P1)는 제 2 단속밸브(V2), 제 2 반응가스(S2)는 제 3 단속밸브(V3), 제 2 퍼지가스(P2)는 제 4 단속밸브(V4)에 의해 각각 챔버(20) 내로 유입되는 순서 및 시간이 결정된다.Therefore, the first reaction gas S1 stored in the first gas storage device 42a is intermittently introduced into the chamber 20 by the first intermittent valve V1 that performs on / off operation. Similarly, the first purge gas P1 is connected to the second intermittent valve V2, the second reaction gas S2 is connected to the third intermittent valve V3, and the second purge gas P2 is connected to the fourth intermittent valve V4. The order and time of introduction into the chamber 20 are respectively determined.

또한 가스이송부(60)에는, 전술한 각각의 기체물질이 균등한 압력으로 챔버(20) 내로 유입될 있도록, 상기 제 1 내지 제 4 가스저장장치(42a, 42b, 42c, 42d)와 제 1 내지 제 4 단속밸브(V1, V2, V3, V4) 사이의 제 1 내지 제 4 공급관(42a-1, 42b-1, 42c-1, 42d-1)에서 각각 분지되어 펌프(P)에 연결되는 제 1 내지 제 4 바이 패스(by-pass)관(62, 64, 66, 68)을 포함하고 있는데, 이들 제 1 내지 제 4 바이패스관(62, 64, 66, 68)에는 각각 제 5 내지 제 8 단속밸브(V5, V6, V7, V8)가 장착됨으로써, 제 1 내지 제 4 밸브(V1, V2, V3, V4) 중 어느 하나가 오프(off)되었을 때 이에 대응하는 가스저장장치의 기체물질을 펌프(P)로 배출되도록 한다.In addition, the gas transfer unit 60, the first to fourth gas storage devices (42a, 42b, 42c, 42d) and the first to the first gas so that each of the above-described gaseous material is introduced into the chamber 20 at an equal pressure. A branch which is branched from the first to fourth supply pipes 42a-1, 42b-1, 42c-1, 42d-1 between the fourth intermittent valves V1, V2, V3, V4 and connected to the pump P, respectively. 1 to 4 bypass tubes 62, 64, 66 and 68, each of which includes 5 to 5th bypass tubes 62, 64, 66 and 68, respectively. 8 When the intermittent valves V5, V6, V7, and V8 are mounted, any one of the first to fourth valves V1, V2, V3, and V4 is turned off so that the gaseous substance of the gas storage device corresponding thereto is turned off. To be discharged to the pump (P).

따라서 각각 순차적으로 구동되는 제 1 내지 제 4 밸브(V1, V2, V3, V4)와, 이들 각각에 대응되어 상보적으로 구동하는 제 5 내지 제 8 밸브(V5, V6, V7, V8)에 의해, 상기 챔버(20) 내로 다수의 기체물질은 순차적이면서도 일정한 압력으로 유입되는 바, 참고로 일반적인 원자층박막증착장치를 통해 제 1 내지 제 4 단계가 1회 순차적으로 진행되어 구성되는 1회의 박막증착주기에 있어서, 다수의 밸브의 구동 관계를 이하의 표 1에 정리하였다. 이때 V1 내지 V8은 각각 제 1 내지 제 8 단속밸브를 표시하고 있다.Therefore, the first to fourth valves V1, V2, V3, and V4 are sequentially driven, respectively, and the fifth to eighth valves V5, V6, V7, and V8 are respectively complementarily driven correspondingly. In addition, a plurality of gaseous substances are introduced into the chamber 20 at a constant and constant pressure. For example, the first to fourth steps are sequentially performed one time through a general atomic layer deposition apparatus. In the cycle, the driving relationship of the plurality of valves is summarized in Table 1 below. At this time, V1 to V8 indicate the first to eighth intermittent valves, respectively.

<표 1>TABLE 1

V1V1 V2V2 V3V3 V4V4 V5V5 V6V6 V7V7 V8V8 제 1 단계First step On 오프off 오프off 오프off 오프off On On On 제 2 단계2nd step 오프off On 오프off 오프off On 오프off On On 제 3 단계3rd step 오프off 오프off On 오프off On On 오프off On 제 4 단계4th step 오프off 오프off 오프off On On On On 오프off

그러나 이러한 일반적인 원자층 층착방법을 사용하는 박막증착장치는 매우 많은 수의 밸브(V1 내지 V8)가 포함되어 그 구조 및 동작이 매우 복잡하고, 설치를 위한 설치면적(poot print)의 확대가 필수적으로 요구됨에 따라 반도체 소자의 제조비용을 상승시키는 원인이 되고 있다.However, the thin film deposition apparatus using this general atomic layer deposition method includes a very large number of valves (V1 to V8), and its structure and operation are very complicated, and it is necessary to enlarge the footprint for installation. As a result, it becomes the cause which raises the manufacturing cost of a semiconductor element.

또한 원자층 증착방법을 사용하여 웨이퍼 상면에 산화막 또는 질화막을 구성하기 위해서는 제 1 가스저장장치(42a)나 제 3 가스저장장치(42c) 중 어느 하나에는 NH3, O2, H2 중 선택된 하나의 기체물질이 저장되고, 다른 하나에는 SiH4, Si2H6 중 선택된 하나의 물질이 저장되는데, 이때 챔버(20)는 통상 530℃ 이상의 고온환경이 요구된다.In addition, one of the first gas storage device 42a or the third gas storage device 42c is selected from NH 3 , O 2 , and H 2 to form an oxide film or a nitride film on the upper surface of the wafer by using an atomic layer deposition method. The gaseous material of is stored, and the other one of SiH 4 , Si 2 H 6 It is stored in the selected material, the chamber 20 is typically required a high temperature environment of 530 ℃ or more.

이러한 고온공정의 단점을 극복하기 위해서, NH3, O2, H2 등의 기체물질을 챔버(20) 내로 유입시키기 전에 플라즈마(plasma)로 여기하는 방법이 소개되기도 하였는데, 일례로 도면에서 NH3, O2, H2 등의 기체물질이 제 1 가스저장장치(42a)에 저장되는 것으로 가정하면, 도시한 바와 같이 제 1 가스저장장치(42a)와 제 1 단속밸브(V1) 사이에는 리모트(remort) 플라즈마 발생장치(44)가 부설된다.In order to overcome the disadvantage of the high temperature process, NH 3, O 2, the gaseous substances of H 2 and so on before being introduced into the chamber 20 were also a method for this introduction to the plasma (plasma), in the figure for example NH 3 Assuming gaseous materials such as, O 2 , H 2, and the like are stored in the first gas storage device 42a, a remote (between the first gas storage device 42a and the first intermittent valve V1, as shown). remort) Plasma generator 44 is installed.

이러한 리모트 플라즈마 발생장치(44)는 통상 그 내부에 마이크로 웨이브(micro wave)를 발생시켜 자신을 통과하는 기체물질을 플라즈마로 여기하는 원리를 가지고 있는데, 이에 NH3, H2, O3 등의 기체물질은 챔버(20)로 유입되기 전(前) 반응이 용이한 플라즈마 상태로 여기되는 것이다.Such a remote plasma generator 44 has a principle of exciting a gaseous material passing through itself by generating a microwave inside the plasma, such as NH 3 , H 2 , O 3 The material is excited in a plasma state that is easy to react before entering the chamber 20.

따라서 이러한 리모트 플라즈마 발생장치(44)를 통해 챔버(20)의 내부 온도를 감소시킬 수 있는 장점을 가지게 된다.Therefore, the remote plasma generator 44 has an advantage of reducing the internal temperature of the chamber 20.

그러나 이들 일반적인 리모트 플라즈마 발생장치(44)를 사용하는 박막증착장치는 비록 챔버(20) 내의 온도를 다소 낮출 수 있는 장점을 가지고 있지만 제 1 단계 내지 제 4 단계를 수 차례 반복하는 원자층 증착방법의 자체에 대한 개선방안이 되지는 못하므로, 일반적인 원자층 증착방법의 고질적인 단점인 생산성 향상에 기여할 수 없다.However, although the thin film deposition apparatus using these general remote plasma generators 44 has the advantage of lowering the temperature in the chamber 20 somewhat, the method of atomic layer deposition which repeats the first to fourth steps several times. Since it is not an improvement plan for itself, it cannot contribute to productivity improvement, which is a chronic disadvantage of the general atomic layer deposition method.

또한 다수의 단속밸브(V1 내지 V8) 및 리모트 플라즈마 발생장치(44)가 가스이송부(40)에 포함됨에 따라, 장치의 구성이 지나치게 복잡하게 되어 결국 오동작 가능성을 높이고, 소자의 신뢰성을 저하시키는 단점을 가지고 있다.In addition, as a plurality of control valves V1 to V8 and the remote plasma generator 44 are included in the gas transfer part 40, the configuration of the device becomes excessively complex, which in turn increases the possibility of malfunction and reduces the reliability of the device. Have

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 고온에서 분해되는 특정 가스물질이 반응가스로 사용될 경우, 박막의 순도 및 특성에 영향을 주지 않으면서 생산성을 크게 증대시킬 수 있는 박막증착방법 및 이를 가능하게 하는 박막증착장치를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, when a specific gaseous material decomposed at high temperature is used as the reaction gas, a thin film deposition method that can greatly increase the productivity without affecting the purity and properties of the thin film And it is an object to provide a thin film deposition apparatus that enables this.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 제 1 가스를 반응가스와 퍼지가스로 선택적으로 사용하기 위해, 제 1 가스 저장장치와 챔버 사이에 리모트 플라즈마 발생장치를 개재한 제 1 공급관과, 상기 제 1 가스 저장장치와 상기 챔버를 직접 연결하는 제 2 공급관을 포함하는 박막증착장치를 이용하여 웨이퍼상에 박막을 증착하는 방법에 있어서,상기 제 1 공급관을 통해 플라즈마(plasma) 상태의 제 1 가스를 상기 챔버로 인입하여 웨이퍼의 표면에 흡착시키는 제 1 단계와; 상기 제 2 공급관을 통해 기체 상태의 제 1 가스를 상기 챔버로 인입하여 잔류물질을 퍼지하는 제 2 단계와; 제 2 가스를 상기 챔버로 인입하여, 웨이퍼의 표면에 흡착된 상기 제 1 가스 흡착층과 반응시켜 박막을 증착하는 제 3 단계와; 상기 제 2 공급관을 통해 기체상태의 제 1 가스를 상기 챔버로 인입하여 잔류물질을 퍼지하는 제 4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법을 제공한다.이때 상기 제 1 단계 내지 제 4 단계를 순차적으로 반복하는 것을 박막증착주기로 하여, 상기 박막증착주기를 수 차례 반복할 수도 있다. 상기 제 1 가스는 열분해 온도가 500℃ 이상인 것이 바람직하며, 상기 제 1 가스는 NH3, O2, H2 중 선택된 하나이고, 상기 제 2 가스는 Si2H6, SiH4 중 선택된 하나일 수 있다.또한 상기 플라즈마 상태의 제 1 가스는 상기 리모트 플라즈마 발생장치에 의해 발생되며, 이때 리모트 플라즈마 발생장치는 2.45GHz의 마이크로 웨이브(micro wave)를 사용하는 것이 바람직하다.한편 본 발명은 내부에 웨이퍼(wafer)가 안착되는 밀폐된 반응영역을 정의하고, 외부의 기체물질을 상기 반응영역으로 유입하는 유입관과, 상기 반응영역 내의 기체물질을 외부로 배출하는 배출관을 포함하는 챔버(chamber)와; 제 1 가스를 저장하는 제 1 가스저장장치와; 상기 제 1 가스저장장치와 연결되는 일단과, 상기 유입관과 연결되는 타단을 가지는 제 1 공급관과; 상기 제 1 공급관에 장착되어, 상기 제 1 공급관에 흐르는 기체물질을 플라즈마(plasma)로 여기하는 리모트(remote) 플라즈마 발생장치와; 상기 제 1 가스저장장치에 연결되는 일단과, 상기 유입관에 연결되는 타단을 가지는 제 2 공급관과; 제 2 가스를 저장하는 제 2 가스저장장치와; 상기 제 2 가스저장장치와 연결되는 일단과, 상기 유입관과 연결되는 타단을 가지는 제 3 공급관과; 상기 제 1 내지 제 3 공급관의 유체의 흐름을 제어하는 제어수단을 포함하는 박막증착장치를 제공한다. 이때 상기 제 2 공급관의 일단은 상기 제 1 가스저장장치와 상기 리모트 플라즈마 발생장치 사이의 제 1 공급관에서 분지되고, 타단은 상기 리모트 플라즈마 발생장치와 상기 유입관 사이의 제 1 공급관에 연결되는 것을 특징으로 하고, 상기 제어수단은 상기 리모트 플라즈마 발생장치와 상기 제 1 공급관의 타단 사이의 제 1 공급관 상에 장착되는 제 1 단속밸브와; 상기 제 2 공급관에 장착되는 제 2 단속밸브와; 상기 제 3 공급관에 장착되는 제 3 단속밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다. 특히 상기 챔버의 배출관 말단에 부설되는 펌프(pump)와; 상기 제 2 공급관의 타단과 상기 유입관 사이의 제 1 공급관에서 분지된 일단과, 상기 펌프에 연결되는 타단을 가지는 제 1 바이패스(by-pass)관과; 상기 제 2 가스저장장치와 상기 제 3 단속밸브 사이의 제 3 공급관에서 분지된 일단과, 상기 펌프에 연결되는 타단을 가지는 제 2 바이패스관과; 상기 제 1 바이패스관의 일단과 상기 유입관 사이의 제 1 공급관 상에 장착되는 제 4 단속밸브와; 상기 제 1 바이패스관에 장착되는 제 5 단속밸브와; 상기 제 2 바이패스관에 장착되는 제 6 단속밸브를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 리모트 플라즈마 발생장치는 2.45GHz의 마이크로 웨이브(micro wave)를 사용하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 제 1 가스는 열분해 온도가 500℃ 이상인 것을 특징으로 하고, 특히 상기 제 1 가스는 NH3, O2, H2 중 선택된 하나이고, 상기 제 2 가스는 Si2H6, SiH4 중 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 바, 이하 본 발명에 대한 올바른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.The present invention provides a first supply pipe via a remote plasma generator between the first gas storage device and the chamber to selectively use the first gas as a reaction gas and a purge gas in order to achieve the above object, and A method of depositing a thin film on a wafer by using a thin film deposition apparatus comprising a first gas storage device and a second supply pipe directly connecting the chamber, the first gas in a plasma state through the first supply pipe. A first step of introducing the adsorbent into the chamber and adsorbing the adsorbent onto the surface of the wafer; A second step of introducing a gaseous first gas into the chamber through the second supply pipe to purge residual material; A third step of introducing a second gas into the chamber and reacting with the first gas adsorption layer adsorbed on a surface of a wafer to deposit a thin film; And a fourth step of purging the residual material by introducing a gaseous first gas into the chamber through the second supply pipe. In this case, the first to fourth steps are provided. The thin film deposition cycle may be repeated several times by sequentially repeating the thin film deposition cycle. Preferably, the first gas has a pyrolysis temperature of 500 ° C. or more, wherein the first gas is one selected from NH 3 , O 2 , and H 2 , and the second gas may be selected from Si 2 H 6 and SiH 4 . In addition, the first gas in the plasma state is generated by the remote plasma generator, in which the remote plasma generator preferably uses a microwave of 2.45 GHz. a chamber defining a closed reaction zone in which a wafer is seated, and including an inlet pipe for introducing external gaseous material into the reaction zone, and a discharge pipe for discharging the gaseous material in the reaction zone to the outside; A first gas storage device for storing a first gas; A first supply pipe having one end connected to the first gas storage device and the other end connected to the inlet pipe; A remote plasma generating apparatus mounted on the first supply pipe and configured to excite a gaseous substance flowing through the first supply pipe into plasma; A second supply pipe having one end connected to the first gas storage device and the other end connected to the inlet pipe; A second gas storage device for storing a second gas; A third supply pipe having one end connected to the second gas storage device and the other end connected to the inlet pipe; It provides a thin film deposition apparatus comprising a control means for controlling the flow of the fluid of the first to third supply pipe. At this time, one end of the second supply pipe is branched from the first supply pipe between the first gas storage device and the remote plasma generator, and the other end is connected to the first supply pipe between the remote plasma generator and the inlet pipe. The control means includes a first intermittent valve mounted on a first supply pipe between the remote plasma generator and the other end of the first supply pipe; A second intermittent valve mounted to the second supply pipe; And a third intermittent valve mounted to the third supply pipe. In particular, the pump (pump) attached to the end of the discharge pipe of the chamber; A first bypass pipe having one end branched from the first supply pipe between the other end of the second supply pipe and the inlet pipe, and the other end connected to the pump; A second bypass pipe having one end branched from a third supply pipe between the second gas storage device and the third intermittent valve and the other end connected to the pump; A fourth intermittent valve mounted on a first supply pipe between one end of the first bypass pipe and the inlet pipe; A fifth intermittent valve mounted to the first bypass pipe; And a sixth intermittent valve mounted to the second bypass pipe, wherein the remote plasma generator uses a microwave of 2.45 GHz. In addition, the first gas is characterized in that the pyrolysis temperature is at least 500 ℃, in particular the first gas is selected from NH 3 , O 2 , H 2 , the second gas selected from Si 2 H 6, SiH 4 One of the characteristics of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 웨이퍼의 상면에 박막을 증착함에 있어서, 고온에서 분해되는 특정 가스물질이 반응가스로 사용될 경우 이들 기체물질이 챔버로 유입되기 전 플라즈마로 여기시키는 것을 특징으로 하는데, 이러한 본 발명에 따른 박막증착장치의 개략적인 구조를 도 2에 도시하였다.The present invention is characterized in that in depositing a thin film on the upper surface of the wafer, when a specific gaseous material decomposed at high temperature is used as a reaction gas, the gaseous material is excited by plasma before entering the chamber. The schematic structure of the deposition apparatus is shown in FIG.

본 발명에 따른 박막증착장치는 내부에 웨이퍼가 안착되는 밀폐된 반응영역을 정의하는 챔버(120)와, 상기 반응영역으로 인입되는 다수의 기체물질을 저장하는 가스저장부(140)를 포함하고 있는데, 이때 이들 다수의 기체물질은 챔버(20) 내로 순차적으로 유입됨에 따라 웨이퍼 표면에서만 반응하는 원자층 증착방법을 구현하게 된다.The thin film deposition apparatus according to the present invention includes a chamber 120 defining a closed reaction region in which a wafer is seated therein, and a gas storage unit 140 storing a plurality of gaseous substances introduced into the reaction region. In this case, as the plurality of gaseous materials are sequentially introduced into the chamber 20, the atomic layer deposition method reacts only on the wafer surface.

이를 위해 가스저장부(140)에는 각각 서로 다른 기체물질을 저장하는 다수의 가스저장장치가 포함되는데, 특히 본 발명은 일반적인 경우와 달리 제 1 반응가스(S1)를 저장하는 제 1 가스저장장치(142a)와, 제 2 반응가스(S2)를 저장하는 제 2 가스저장장치(142b) 만이 구비되는 것을 특징으로 한다.To this end, the gas storage unit 140 includes a plurality of gas storage devices each storing a different gaseous material, in particular, the present invention, unlike the general case, the first gas storage device for storing the first reaction gas (S1) ( 142a and the second gas storage device 142b for storing the second reaction gas S2 are provided.

또한 챔버(120)는 이들 제 1 반응가스(S1)와 제 2 반응가스(S2)가 각각 공급될 수 있도록 분기된 유입관(122)과, 반응영역 내의 기체물질을 배출할 수 있는 배출관(124) 및 이의 말단에 부설된 펌프(P)를 포함하고 있으며, 전술한 가스저장부(140)와 챔버(120)의 유입관(122) 사이에는 본 발명에 따른 가스이송부(160)가 설치되어 각각의 기체물질을 일정한 순서로 챔버(120)에 공급한다.In addition, the chamber 120 includes an inflow pipe 122 branched to supply the first reaction gas S1 and the second reaction gas S2, and a discharge pipe 124 capable of discharging gaseous substances in the reaction zone. ) And a pump (P) attached to the end thereof, and the gas transfer unit 160 according to the present invention is installed between the gas storage unit 140 and the inlet pipe 122 of the chamber 120, respectively. The gaseous material of the to be supplied to the chamber 120 in a certain order.

본 발명에 따른 박막증착장치에 포함되는 가스이송부(140)는 각각 제 1 가스저장장치(142a)와 유입관(122)을 연결하는 제 1 공급관(142a-1) 및 제 2 공급관(142a-2)과, 제 2 가스저장장치(142b)와 유입관(122)을 연결하는 제 3 공급관(142b-1)을 가지고 있는데, 이때 제 1 공급관(142a-1)에는 리모트 플라즈마 발생장치(144)가 장착되어 여기에 흐르는 기체물질을 플라즈마로 여기하게 된다.The gas transfer part 140 included in the thin film deposition apparatus according to the present invention includes a first supply pipe 142a-1 and a second supply pipe 142a-2 which connect the first gas storage device 142a and the inlet pipe 122, respectively. ) And a third supply pipe 142b-1 connecting the second gas storage device 142b and the inlet pipe 122, wherein the remote plasma generator 144 is provided in the first supply pipe 142a-1. It is mounted to excite the gaseous substances flowing therein into the plasma.

또한 이들 제 1 내지 제 3 공급관(142a-1, 142a-2, 142b-1)을 따라 흐르는 기체물질을 단속하기 위한 제어수단이 포함되는데, 이 경우 바람직하게는 제 2 공급관(142a-2)은 리모트 플라즈마 발생장치(144)와 유입관(122) 사이의 제 1 공급관(142a-1)에 연결되는 것이 유리하다. Also included are control means for controlling the gaseous material flowing along these first to third supply pipes (142a-1, 142a-2, 142b-1), in which case the second supply pipe (142a-2) is preferably It is advantageously connected to the first supply pipe 142a-1 between the remote plasma generator 144 and the inlet pipe 122.

즉, 제 2 공급관(142a-2)의 일단은 도시한 바와 같이 제 1 가스저장장치(142a)와 리모트 플라즈마 발생장치(144) 사이의 제 1 공급관(142a-1) 상에서 분지되거나 또는 제 1 가스저장장치(142a)에 연결될 수 있는데, 이의 타단은 리모트 플라즈마 발생장치(144)와 유입관(122) 사이의 제 1 공급관(142a-1)에 연결되는 것이 바람직한 바, 이때 제어수단은 리모트 플라즈마 발생장치(144)와 제 2 공급관(142a-2) 타단 사이의 제 1 공급관(142a-1) 상에 장착되는 제 1 단속밸브(V1)와, 제 2 공급관(142a-2)에 장착되어 상기 제 1 단속밸브(V1)와 상보적으로 구동하는 제 2 단속밸브(V2)와, 제 3 공급관(142b-1)에 장착되는 제 3 단속밸브(V3)로 구성될 수 있다.That is, one end of the second supply pipe 142a-2 is branched on the first supply pipe 142a-1 between the first gas storage device 142a and the remote plasma generator 144 as shown, or the first gas is discharged. It may be connected to the storage device 142a, the other end thereof is preferably connected to the first supply pipe 142a-1 between the remote plasma generator 144 and the inlet pipe 122, wherein the control means is a remote plasma generation A first intermittent valve V1 mounted on the first supply pipe 142a-1 between the device 144 and the other end of the second supply pipe 142a-2 and a second supply pipe 142a-2, The second intermittent valve V2 which is complementary to the first intermittent valve V1 and the third intermittent valve V3 mounted to the third supply pipe 142b-1 may be configured.

따라서 제 1 가스저장장치(142a)에 저장된 제 1 반응가스(S1)는 제 1 단속밸브(V1)와 제 2 단속밸브(V2)의 연동에 의하여 선택적으로 제 1 공급관(142a-1) 또는 제 2 공급관(142a-2)으로 흐르게 되고, 이때 제 1 공급관(142a-1)에는 리모트 플라즈마 발생장치(144)가 부설되어 있으므로 이를 경유하면서 플라즈마 상태의 제 1 반응가스(S1)가 챔버(120)로 유입되고, 제 2 공급관(142a-2)을 통해서는 기체상태의 제 1 반응가스(S1)가 공급되는 것이다.Therefore, the first reaction gas S1 stored in the first gas storage device 142a is selectively supplied by the first supply pipe 142a-1 or the first supply valve by interlocking the first intermittent valve V1 and the second intermittent valve V2. 2 flows into the supply pipe 142a-2. At this time, since the remote plasma generator 144 is installed in the first supply pipe 142a-1, the first reaction gas S1 in the plasma state passes through the chamber 120. Is introduced into the gas, and the first reaction gas S1 in a gaseous state is supplied through the second supply pipe 142a-2.

또한 제 3 공급관(142b-1)을 통해서는 기체상태의 제 2 반응가스(S2)가 챔버(120)로 유입되는 바, 이때 특히 제 1 가스저장장치(142a)에 저장된 제 1 반응가스(S1)는 열 분해온도가 500℃ 이상인 것으로 특히 NH3, O2, H2 중 선택된 하나이고, 제 2 가스저장장치(142b)에 저장된 제 2 반응가스(S2)는 Si2H6, SiH4 중 선택된 하나인 것이 바람직하다.In addition, a gaseous second reaction gas S2 is introduced into the chamber 120 through the third supply pipe 142b-1. In this case, in particular, the first reaction gas S1 stored in the first gas storage device 142a. ) Is a pyrolysis temperature of 500 ℃ or more, in particular one selected from NH 3 , O 2 , H 2 , the second reaction gas (S2) stored in the second gas storage device (142b) of Si 2 H 6, SiH 4 It is preferable that it is the selected one.

이때 제 1 내지 제 3 단속밸브(V1, V2, V3)는 서로 연동하면서 최초 플라즈마 상태의 제 1 반응가스(S1)를 챔버(120) 내로 공급하고, 이어 기체상태의 제 1 반응가스(S1), 제 2 반응가스(S2), 기체상태의 제 1 반응가스(S1) 순으로 공급하게 된다. At this time, the first to third intermittent valves V1, V2, and V3 interlock with each other to supply the first reaction gas S1 in the initial plasma state into the chamber 120, and then the first reaction gas S1 in the gas state. , The second reaction gas S2, and the first reaction gas S1 in a gas state.

즉, 본 발명에 따른 박막증착 방법은 플라즈마(plasma) 상태의 제 1 반응가스(S1)를 챔버(120)의 반응영역으로 인입하여 상기 웨이퍼 표면에 흡착시키는 제 1 단계와, 기체상태의 제 1 반응가스(S1)를 인입하여 반응영역 내의 잔류물질을 퍼지(purge)하는 제 2 단계와, 제 2 반응가스(S2)를 인입하여 웨이퍼 표면에 흡착된 상기 제 1 반응가스 흡착층과 반응시켜 박막을 증착하는 제 3 단계와, 다시 기체상태의 제 1 반응가스(S1)를 상기 챔버(120)의 반응영역으로 인입하여, 상기 반응영역 내의 잔류물질을 퍼지하는 제 4 단계로 이루어지는 것으로, 일반적인 경우와 비교하면, 플라즈마 상태의 제 1 반응가스(S1)를 제 1 가스로, 기체상태의 제 1 반응가스(S1)를 제 1 및 제 2 퍼지가스로, 제 2 반응가스(S2)를 제 2 가스로 사용하는 것이다.That is, the thin film deposition method according to the present invention includes a first step of introducing a first reaction gas (S1) in a plasma state into the reaction region of the chamber 120 and adsorbing it onto the wafer surface, and a first gas state. A second step of purging the residual material in the reaction region by introducing the reaction gas (S1), and introducing a second reaction gas (S2) and reacting with the first reaction gas adsorption layer adsorbed on the wafer surface to form a thin film And a fourth step of purging the residual material in the reaction zone by introducing a first reaction gas (S1) in the gaseous state into the reaction zone of the chamber 120 again. Compared with, the first reaction gas S1 in the plasma state is the first gas, the first reaction gas S1 in the gas state is the first and second purge gases, and the second reaction gas S2 is the second gas. It is used as a gas.

이때 챔버 내의 공정온도는 500℃ 이하로서, 이와 같은 온도에서 제 1 반응가스(S1)인 NH3, O2, H2 등의 기체물질은 안정한 상태를 유지하고 있으므로 퍼지가스로 사용하고, 반응가스로 사용될 경우 플라즈마로 여기하는 것이다.At this time, the process temperature in the chamber is 500 ° C. or lower. At this temperature, since gaseous substances such as NH 3 , O 2 , and H 2 , which are the first reaction gases S1, are kept in a stable state, they are used as purge gases. When used as an excitation to the plasma.

다시 말해 본 발명은 NH3, O2, H2 등의 기체물질은 500℃ 이하의 온도범위에서는 안정한 상태를 이룸에 착안하여 이들을 제 1 반응가스와 퍼지가스로 사용하는 것인데, 이때 특히 반응가스로 사용될 경우, 리모트 플라즈마 발생장치를 통해 이들 기체물질을 플라즈마로 여기하여 용이한 반응이 일어나도록 한다.In other words, the present invention focuses on the stable state of the gaseous substances such as NH 3 , O 2 , H 2 in the temperature range of 500 ° C. or lower, and uses them as the first reaction gas and the purge gas, in particular, When used, these gaseous materials are excited into a plasma via a remote plasma generator to facilitate an easy reaction.

또한 도 2에 있어서 본 발명에 따른 가스이송부(160)에는, 각각의 기체물질이 균일한 압력을 가지고 챔버(120)에 유입될 수 있도록 다수의 바이패스관(162, 164)이 더욱 포함되는데, 이는 제 2 공급관(142a-2)의 타단과 유입관(122) 사이의 제 1 공급관(142a-1)에서 분지되어 펌프(P)와 연결되는 제 1 바이패스관(162)과, 제 2 가스저장장치(142b)와 제 3 단속밸브(V3) 사이의 제 3 공급관(142b-1)에서 분지하여 펌프(P)와 연결되는 제 2 바이패스관(164)이 그것이다. In addition, in FIG. 2, the gas transfer unit 160 according to the present invention further includes a plurality of bypass tubes 162 and 164 to allow each gaseous substance to flow into the chamber 120 with a uniform pressure. This is the first bypass pipe 162 branched from the first supply pipe 142a-1 between the other end of the second supply pipe 142a-2 and the inlet pipe 122 and connected to the pump P, and the second gas. This is the second bypass pipe 164 branched from the third supply pipe 142b-1 between the storage device 142b and the third intermittent valve V3 and connected to the pump P.

즉, 제 1 바이패스관(162)과 제 2 바이패스관(164)의 일단은 각각 제 2 공급관(142a-2)의 타단과 유입관(122) 사이의 제 1 공급관(142a-1)과, 제 2 가스저장장치(142b)와 제 3 단속밸브(V3) 사이의 제 3 공급관(142b-1)에서 분지되고, 이들 각각의 타단은 펌프(P)에 연결되는 바, 이때 제 1 바이패스관(162)의 일단과 유입관(122) 사이의 제 1 공급관(142a-1) 상에는 제 4 단속밸브(V4)가 장착되는 것이 바람직하며, 이들 제 1 바이패스관(162)과 제 2 바이패스관(164)에는 각각 제 5 및 제 6 단속밸브(V5, V6)가 장착되어 있다.That is, one end of the first bypass pipe 162 and the second bypass pipe 164 and the first supply pipe 142a-1 between the other end of the second supply pipe 142a-2 and the inlet pipe 122, respectively; , Branched from the third supply pipe (142b-1) between the second gas storage device (142b) and the third intermittent valve (V3), each of which is connected to the pump (P), wherein the first bypass A fourth intermittent valve V4 is preferably mounted on the first supply pipe 142a-1 between one end of the pipe 162 and the inlet pipe 122, and the first bypass pipe 162 and the second bypass valve are installed. The pass pipe 164 is equipped with 5th and 6th intermittent valves V5 and V6, respectively.

이에 제 1 단속밸브(V1)와 제 2 단속밸브(V2), 제 4 단속밸브(V4)와 제 5 단속밸브(V5), 제 3 단속밸브(V3)와 제 6 단속밸브(V6)가 각각 상보적으로 연동하게 되는데, 이러한 본 발명에 따른 박막증착장치를 통해 제 1 단계에서 부터 제 4 단계까지 원자층 증착방법을 구현할 경우 각각의 밸브의 구동을 이하의 표 2에 정리하였다. 이때 V1 내지 V8은 각각 제 1 내지 제 8 단속밸브를 표시하고 있다.Accordingly, the first intermittent valve V1, the second intermittent valve V2, the fourth intermittent valve V4, the fifth intermittent valve V5, the third intermittent valve V3, and the sixth intermittent valve V6 are respectively. Complementary to interlock, when the implementation of the atomic layer deposition method from the first step to the fourth step through the thin film deposition apparatus according to the present invention is summarized in Table 2 below. At this time, V1 to V8 indicate the first to eighth intermittent valves, respectively.

<표 2>TABLE 2

V1V1 V2V2 V3V3 V4V4 V5V5 V6V6 제 1 단계First step On 오프off 오프off On 오프off On 제 2 단계2nd step 오프off On 오프off On 오프off On 제 3 단계3rd step 오프off On On 오프off On 오프off 제 4 단계4th step 오프off On 오프off On 오프off On

위의 표에 있어서 제 1 단계와 제 2 단계는 각각 제 1 단속밸브(V1)와 제 2 단속밸브(V2)의 온/오프 동작이 교대로 진행됨에 따라 구현되는 것을 알 수 있는데, 제 3 단계에서는 이들 제 1 단속밸브(V1) 또는 제 2 단속밸브(V2) 중 어느 하나만이 온 동작을 하면 된다.In the above table, it can be seen that the first step and the second step are implemented as the on / off operation of the first intermittent valve V1 and the second intermittent valve V2 alternately proceeds. In this case, only one of the first intermittent valve V1 or the second intermittent valve V2 needs to be turned on.

이때 도 2의 제 1 공급관(142a-1) 상에 장착된 리모트 플라즈마 발생장치(144)는 박막증착 전 공정에 걸쳐 계속 온 되어 있는 것을 특징으로 하는데, 상기 리모트 플라즈마 발생장치(144)는 바람직하게는 2.45GHz 의 마이크로 웨이브를 통해 자신을 통과하는 제 1 반응가스(S1)를 플라즈마로 여기하게 된다.In this case, the remote plasma generator 144 mounted on the first supply pipe 142a-1 of FIG. 2 is continuously turned on throughout the thin film deposition process, and the remote plasma generator 144 is preferably The plasma excites the first reaction gas S1 passing through the microwave at 2.45 GHz into the plasma.

또한 도 3은 이상에서 설명한 본 발명에 따른 박막증착 방법을 순서대로 도시한 순서도로서, 도 2와 참조하여 설명하면 최초 웨이퍼가 챔버(120) 내로 안착된 후 밀폐되어 배출관(124) 및 이의 말단에 부설된 펌프(P)를 통해 반응영역을 고유한 압력으로 조절하면, 제 1 가스저장장치(142a)로부터 제 1 공급관(142a-1) 및 리모트 플라즈마 발생장치(144)를 경유하여 플라즈마로 여기된 제 1 반응가스(S1)가 챔버(120) 내로 공급되어 웨이퍼 표면에 흡착되고(M1), 이후 제 1 가스저장장치(142a)로부터 제 2 공급관(142a-2)을 경유한 기체상태의 제 1 반응가스(S1)가 퍼지가스로 공급된다.(M2)In addition, Figure 3 is a flow chart showing the thin film deposition method according to the present invention described above in order, described with reference to FIG. 2, the first wafer is seated in the chamber 120 and then closed to the discharge pipe 124 and its end When the reaction region is adjusted to an inherent pressure through the installed pump P, the plasma is excited from the first gas storage device 142a via the first supply pipe 142a-1 and the remote plasma generator 144. The first reaction gas S1 is supplied into the chamber 120 to be adsorbed onto the wafer surface (M1), and then the first gaseous state is passed from the first gas storage device 142a via the second supply pipe 142a-2. The reaction gas S1 is supplied to the purge gas. (M2)

이어 제 2 가스저장장치(142b)로부터 제 3 공급관(142b-1)을 경유한 기체상태의 제 2 반응가스(S2)가 챔버로 유입되어 웨이퍼 표면에 흡착된 제 1 반응가스 층과 반응함으로써 박막을 구성하게 되는데(M3), 이후 제 1 가스저장장치(142a)로부터 제 2 공급관(142a-2)을 경유한 기체상태의 제 1 반응가스(S1)가 퍼지가스로 챔버 내로 공급되는 것이다.(M4)Subsequently, a gaseous second reaction gas (S2) flowing from the second gas storage device (142b) via the third supply pipe (142b-1) enters the chamber and reacts with the first reaction gas layer adsorbed on the wafer surface to form a thin film. (M3), and then the first reaction gas S1 in a gaseous state via the second supply pipe 142a-2 is supplied from the first gas storage device 142a into the chamber as a purge gas. M4)

이와 같은 제 1 단계 내지 제 4 단계(M1, M2, M3, M4)가 순차적으로 일 회 진행되는 것을 일회의 박막증착주기(T1)라 하면, 이 박막증착주기를 수차례 반복함으로서 박막을 구성하게 된다.When the thin film deposition cycle (T1) is performed once such a first step to the fourth step (M1, M2, M3, M4) is sequentially performed, this thin film deposition cycle is repeated several times to form a thin film. do.

본 발명은 고온에서 분해되는 특정가스물질이 반응가스로 사용될 경우에 적용 가능한 박막증착 방법 및 이를 위한 박막증착장치를 제공하는 바, 고온에서 분해되는 HN3, O2, H2 등의 기체물질이 반응가스로 사용될 경우에 있어서, 이들 기체물질을 퍼지가스로 사용함과 동시에 플라즈마로 여기하여 반응가스로 이용할 수 있어 생산성 향상에 크게 기여하는 장점을 가지고 있다.The present invention provides a thin film deposition method that can be applied when a specific gas material decomposed at a high temperature is used as the reaction gas, and a thin film deposition apparatus for the same, wherein gaseous materials such as HN 3 , O 2 , and H 2 decomposed at high temperature When used as a reaction gas, these gaseous materials can be used as a purge gas and excited with plasma to be used as a reaction gas, which greatly contributes to productivity improvement.

또한 본 발명은 이러한 본 발명에 따른 박막증착방법을 구현할 수 있는 박막증착장치를 제공하는데, 이는 일반적인 경우와 비교하여 기체물질의 제어수단인 밸브의 수를 대폭 감소하는 것이 가능하고, 장치의 구성을 간단하게 할 수 있어 비용절감 및 생산성 향상에 더욱 유리한 장점을 가지고 있다. 특히 본 발명은 저온공정을 가능하게 하는 장점을 가지고 있는 바, 이를 통해 보다 개선된 반도체 제조공정을 가능하게 한다.In addition, the present invention provides a thin film deposition apparatus that can implement the thin film deposition method according to the present invention, which can significantly reduce the number of valves, which is a control means of gaseous substances, as compared with the general case, It can be simplified, which has the advantage of lower cost and more productivity. In particular, the present invention has the advantage of enabling a low temperature process, thereby enabling a more improved semiconductor manufacturing process.

도 1은 일반적인 박막증착장치의 개략적인 구조를 도시한 도면1 is a view showing a schematic structure of a general thin film deposition apparatus

도 2는 본 발명에 박막증착장치의 개략적인 구조를 도시한 도면2 is a view showing a schematic structure of a thin film deposition apparatus according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 박막증착방법을 순서대로 도시한 순서도Figure 3 is a flow chart showing a thin film deposition method according to the present invention in order

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

120 : 챔버 122 : 유입관120: chamber 122: inlet pipe

124 : 배출관 140 : 가스저장부124: discharge pipe 140: gas storage unit

142a : 제 1 가스저장장치 142b : 제 2 가스저장장치142a: first gas storage device 142b: second gas storage device

142a-1 : 제 1 공급관 142a-2 : 제 2 공급관142a-1: 1st supply pipe 142a-2: 2nd supply pipe

144 : 리모트 플라즈마 발생장치 142b-1 : 제 3 공급관144: remote plasma generator 142b-1: third supply pipe

160 : 가스이송부 162 : 제 1 바이패스관160: gas transfer unit 162: first bypass pipe

164 : 제 2 바이패스관 164 second bypass tube

V1, V2, V3, V4, V5, V6 : 제 1 내지 제 6 단속밸브V1, V2, V3, V4, V5, V6: First to Sixth Intermittent Valves

P : 펌프P: Pump

Claims (13)

제 1 가스를 반응가스와 퍼지가스로 선택적으로 사용하기 위해, 제 1 가스 저장장치와 챔버 사이에 리모트 플라즈마 발생장치를 개재한 제 1 공급관과, 상기 제 1 가스 저장장치와 상기 챔버를 직접 연결하는 제 2 공급관을 포함하는 박막증착장치를 이용하여 웨이퍼상에 박막을 증착하는 방법에 있어서,In order to selectively use the first gas as a reaction gas and a purge gas, a first supply pipe via a remote plasma generator is directly connected between the first gas storage device and the chamber, and the first gas storage device and the chamber are directly connected. In the method of depositing a thin film on a wafer using a thin film deposition apparatus comprising a second supply pipe, 상기 제 1 공급관을 통해 플라즈마(plasma) 상태의 제 1 가스를 상기 챔버로 인입하여 웨이퍼의 표면에 흡착시키는 제 1 단계와;A first step of introducing a first gas in a plasma state into the chamber through the first supply pipe and adsorbing it onto a surface of a wafer; 상기 제 2 공급관을 통해 기체 상태의 제 1 가스를 상기 챔버로 인입하여 잔류물질을 퍼지하는 제 2 단계와;A second step of introducing a gaseous first gas into the chamber through the second supply pipe to purge residual material; 제 2 가스를 상기 챔버로 인입하여, 웨이퍼의 표면에 흡착된 상기 제 1 가스 흡착층과 반응시켜 박막을 증착하는 제 3 단계와;A third step of introducing a second gas into the chamber and reacting with the first gas adsorption layer adsorbed on a surface of a wafer to deposit a thin film; 상기 제 2 공급관을 통해 기체상태의 제 1 가스를 상기 챔버로 인입하여 잔류물질을 퍼지하는 제 4 단계A fourth step of purging the residual material by introducing a gaseous first gas into the chamber through the second supply pipe 를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법Thin film deposition method comprising a 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 1 단계 내지 제 4 단계를 순차적으로 반복하는 것을 박막증착주기로 하여, 상기 박막증착주기를 수 차례 반복하는 박막증착방법.The thin film deposition method of repeating the first step to the fourth step sequentially a thin film deposition cycle, the thin film deposition cycle is repeated several times. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 1 가스는 열분해 온도가 500℃ 이상인 박막증착방법The first gas has a thermal decomposition temperature of 500 ℃ or more thin film deposition method 청구항 3에 있어서,The method according to claim 3, 상기 제 1 가스는 NH3, O2, H2 중 선택된 하나이고, 상기 제 2 가스는 Si 2H6, SiH4 중 선택된 하나인 박막증착방법The first gas is selected from NH 3 , O 2 , H 2 , the second gas is a thin film deposition method selected from Si 2 H 6 , SiH 4 . 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 플라즈마 상태의 제 1 가스는 상기 리모트 플라즈마 발생장치에 의해 발생되는 박막증착방법The thin film deposition method generated by the remote plasma generator is the first gas in the plasma state 청구항 5에 있어서,The method according to claim 5, 상기 리모트 플라즈마 발생장치는 2.45GHz의 마이크로 웨이브(micro wave)를 사용하는 박막증착방법The remote plasma generator is a thin film deposition method using a microwave (microwave) of 2.45GHz 내부에 웨이퍼(wafer)가 안착되는 밀폐된 반응영역을 정의하고, 외부의 기체물질을 상기 반응영역으로 유입하는 유입관과, 상기 반응영역 내의 기체물질을 외부로 배출하는 배출관을 포함하는 챔버(chamber)와;A chamber defining a closed reaction area in which a wafer is seated therein, and including an inlet pipe for introducing external gaseous material into the reaction zone and a discharge pipe for discharging gaseous material in the reaction zone to the outside. )Wow; 제 1 가스를 저장하는 제 1 가스저장장치와;A first gas storage device for storing a first gas; 상기 제 1 가스저장장치와 연결되는 일단과, 상기 유입관과 연결되는 타단을 가지는 제 1 공급관과;A first supply pipe having one end connected to the first gas storage device and the other end connected to the inlet pipe; 상기 제 1 공급관에 장착되어, 상기 제 1 공급관에 흐르는 기체물질을 플라즈마(plasma)로 여기하는 리모트(remote) 플라즈마 발생장치와;A remote plasma generating apparatus mounted on the first supply pipe and configured to excite a gaseous substance flowing through the first supply pipe into plasma; 상기 제 1 가스저장장치에 연결되는 일단과, 상기 유입관에 연결되는 타단을 가지는 제 2 공급관과;A second supply pipe having one end connected to the first gas storage device and the other end connected to the inlet pipe; 제 2 가스를 저장하는 제 2 가스저장장치와;A second gas storage device for storing a second gas; 상기 제 2 가스저장장치와 연결되는 일단과, 상기 유입관과 연결되는 타단을 가지는 제 3 공급관과;A third supply pipe having one end connected to the second gas storage device and the other end connected to the inlet pipe; 상기 제 1 내지 제 3 공급관의 유체의 흐름을 제어하는 제어수단Control means for controlling a flow of fluid in the first to third supply pipes 을 포함하는 박막증착장치Thin film deposition apparatus comprising a 청구항 7에 있어서,The method according to claim 7, 상기 제 2 공급관의 일단은 상기 제 1 가스저장장치와 상기 리모트 플라즈마 발생장치 사이의 제 1 공급관에서 분지되고, 타단은 상기 리모트 플라즈마 발생장치와 상기 유입관 사이의 제 1 공급관에 연결되는 박막증착장치One end of the second supply pipe is branched from the first supply pipe between the first gas storage device and the remote plasma generator, and the other end is a thin film deposition apparatus connected to the first supply pipe between the remote plasma generator and the inlet pipe. 청구항 8에 있어서,The method according to claim 8, 상기 제어수단은, The control means, 상기 리모트 플라즈마 발생장치와 상기 제 1 공급관의 타단 사이의 제 1 공급관 상에 장착되는 제 1 단속밸브와;A first intermittent valve mounted on a first supply pipe between the remote plasma generator and the other end of the first supply pipe; 상기 제 2 공급관에 장착되는 제 2 단속밸브와;A second intermittent valve mounted to the second supply pipe; 상기 제 3 공급관에 장착되는 제 3 단속밸브Third intermittent valve mounted to the third supply pipe 를 포함하는 박막증착장치Thin film deposition apparatus comprising a 청구항 9에 있어서,The method according to claim 9, 상기 챔버의 배출관 말단에 부설되는 펌프(pump)와;A pump attached to an end of the discharge pipe of the chamber; 상기 제 2 공급관의 타단과 상기 유입관 사이의 제 1 공급관에서 분지된 일단과, 상기 펌프에 연결되는 타단을 가지는 제 1 바이패스(by-pass)관과;A first bypass pipe having one end branched from the first supply pipe between the other end of the second supply pipe and the inlet pipe, and the other end connected to the pump; 상기 제 2 가스저장장치와 상기 제 3 단속밸브 사이의 제 3 공급관에서 분지된 일단과, 상기 펌프에 연결되는 타단을 가지는 제 2 바이패스관과;A second bypass pipe having one end branched from a third supply pipe between the second gas storage device and the third intermittent valve and the other end connected to the pump; 상기 제 1 바이패스관의 일단과 상기 유입관 사이의 제 1 공급관 상에 장착되는 제 4 단속밸브와;A fourth intermittent valve mounted on a first supply pipe between one end of the first bypass pipe and the inlet pipe; 상기 제 1 바이패스관에 장착되는 제 5 단속밸브와;A fifth intermittent valve mounted to the first bypass pipe; 상기 제 2 바이패스관에 장착되는 제 6 단속밸브Sixth intermittent valve mounted to the second bypass pipe 를 더욱 포함하는 박막증착장치Thin film deposition apparatus further comprising 청구항 7에 있어서,The method according to claim 7, 상기 리모트 플라즈마 발생장치는 2.45GHz의 마이크로 웨이브(micro wave)를 사용하는 박막증착장치The remote plasma generator is a thin film deposition apparatus using a microwave of 2.45GHz 청구항 7에 있어서,The method according to claim 7, 상기 제 1 가스는 열분해 온도가 500℃ 이상인 박막증착장치The first gas is a thin film deposition apparatus having a pyrolysis temperature of 500 ° C. or more. 청구항 12에 있어서,The method according to claim 12, 상기 제 1 가스는 NH3, O2, H2 중 선택된 하나이고, 상기 제 2 가스는 Si2H6, SiH4 중 선택된 하나인 박막증착장치The first gas is selected one of NH 3 , O 2 , H 2 , the second gas is a thin film deposition apparatus is selected from Si 2 H 6, SiH 4
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