KR100992773B1 - Dilution gas supplying apparatus and method for semiconductor manufacturing process - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 제조를 위한 에피택셜(epitaxial) 공정에서 공정용 가스로 사용되는 도펀트가스와 캐리어가스가 혼합된 희석가스 중 공정에 사용되지 않고 낭비되는 희석가스의 소비량을 절감시키고, 공정챔버로 유입되는 희석가스의 농도를 일정범위로 조절함으로써 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 된 반도체 제조 공정용 희석가스 공급장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention reduces the consumption of the dilution gas that is not used in the process of the diluent gas mixed with the dopant gas and the carrier gas used as the process gas in the epitaxial process for semiconductor manufacturing, and flows into the process chamber The present invention relates to a dilution gas supply device for a semiconductor manufacturing process and a method for improving the reliability of a process by adjusting the concentration of the dilution gas to be in a certain range.

이를 실현하기 위한 본 발명의 반도체 제조 공정용 희석가스 공급장치는, 도펀트가스를 내부에 저장하는 도펀트가스 용기; 상기 도펀트가스와 혼합되는 캐리어가스가 공급되는 캐리어가스 공급부; 상기 도펀트가스와 상기 캐리어가스를 혼합하여 희석가스를 생성하는 혼합기; 상기 도펀트가스 용기와 상기 혼합기를 연결하는 도펀트가스관 상에 구비되는 도펀트가스용 유량조절기; 상기 캐리어가스 공급부와 상기 혼합기를 연결하는 캐리어가스관 상에 구비되는 캐리어가스용 유량조절기; 상기 혼합기와 공정챔버를 연결하는 희석가스관 상에 구비되어 희석가스를 저장하는 버퍼탱크;및 상기 혼합기와 상기 버퍼탱크를 연결하는 희석가스관에서 분기되는 희석가스 우회로관에 연결되는 스크러버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Diluent gas supply apparatus for a semiconductor manufacturing process of the present invention for achieving this, the dopant gas container for storing the dopant gas therein; A carrier gas supply unit to which a carrier gas mixed with the dopant gas is supplied; A mixer for mixing the dopant gas and the carrier gas to generate a dilution gas; A dopant gas flow regulator provided on the dopant gas pipe connecting the dopant gas container and the mixer; A flow rate regulator for carrier gas provided on a carrier gas pipe connecting the carrier gas supply unit and the mixer; And a buffer tank provided on the dilution gas pipe connecting the mixer and the process chamber to store the dilution gas; and a scrubber connected to the dilution gas bypass pipe branched from the dilution gas pipe connecting the mixer and the buffer tank. It features.

에피택셜, 버퍼탱크, 유량조절기, 압력게이지, 농도검출기, 스크러버. Epitaxial, buffer tank, flow regulator, pressure gauge, concentration detector, scrubber.

Description

반도체 제조 공정용 희석가스 공급장치 및 그 방법{Dilution gas supplying apparatus and method for semiconductor manufacturing process}Dilution gas supplying apparatus and method for semiconductor manufacturing process

본 발명은 반도체 제조 공정용 희석가스 공급장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 제조를 위한 에피택셜 공정에서 공정용 가스로 사용되는 도펀트가스와 캐리어가스가 혼합된 희석가스 중 공정에 사용되지 않고 낭비되는 희석가스의 소비량을 절감시키고, 공정챔버로 유입되는 희석가스의 농도를 일정범위로 조절함으로써 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 된 반도체 제조 공정용 희석가스 공급장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a diluent gas supply apparatus for a semiconductor manufacturing process and a method thereof, and more particularly, to a process in a diluent gas mixed with a dopant gas and a carrier gas used as a process gas in an epitaxial process for semiconductor manufacturing. The present invention relates to a dilution gas supply device for a semiconductor manufacturing process and a method for reducing the consumption of dilution gas, which is not wasted, and improving the reliability of the process by adjusting the concentration of the dilution gas flowing into the process chamber to a certain range. .

일반적으로 반도체소자의 제조공정 중 단결정 실리콘 증착을 위한 에피택셜공정은 메모리 반도체뿐만 아니라, 비메모리 반도체에서도 적용 가능성이 큰 핵심 공정 중의 하나가 되었다.In general, the epitaxial process for the deposition of single crystal silicon in the semiconductor device manufacturing process has become one of the key processes that can be applied to not only memory semiconductors but also non-memory semiconductors.

에피-웨이퍼(Epi-wafer)의 개발과 선택적 에피택셜 실리콘 성장(selective epitaxial growth of silicon; SEG)은 그 대표적인 공정이다.The development of epi-wafers and selective epitaxial growth of silicon (SEG) are typical processes.

에피택셜 공정은 실리콘 웨이퍼의 상부에 일정 두께의 에피층을 성장시키는 공정으로서, 웨이퍼는 에피층 성장을 위한 공정챔버로 이동된 후, 가스공급장치로 부터 공급되는 도펀트(dopant)가스와 캐리어(carrier)가스의 혼합가스인 희석가스를 이용하여 화학기상증착 방식으로 에피층을 성장시키게 된다.The epitaxial process is a process of growing an epitaxial layer of a certain thickness on top of a silicon wafer.The wafer is moved to a process chamber for epitaxial growth and then a dopant gas and a carrier supplied from a gas supply device. The epi layer is grown by chemical vapor deposition using diluent gas, which is a mixture of gases.

일례로, 상기 에피택셜 공정용 희석가스는 도펀트가스인 디보란(B2H6)과 캐리어가스인 수소(H2)가 사용된다.As an example, the epitaxial process diluent gas is diborane (B 2 H 6 ), which is a dopant gas, and hydrogen (H 2 ), which is a carrier gas.

도 1은 종래 반도체 제조 공정용 희석가스 공급장치의 구성도를 나타낸다.1 is a block diagram of a dilution gas supply apparatus for a conventional semiconductor manufacturing process.

종래의 희석가스 공급장치(10)는 도펀트가스 용기(20)의 내부에 저장된 디보란 등의 도펀트가스와 캐리어가스 공급부(30)로부터 공급되는 캐리어가스가 각각의 유량조절기(MFC; Mass Flow Controller, 26,36)에서 유량이 조절되어 일정한 비율로 혼합기(40)로 유입되고, 상기 혼합기(40)에서 혼합된 희석가스의 일부는 공정챔버(70)로 공급되어 에피택셜 공정용 가스로 사용되고, 나머지 희석가스는 스크러버(Scrubber, 50)로 우회되어 소멸시키는 방식으로 구성되어 있다.The conventional diluent gas supply device 10 has a dopant gas such as diborane and the like stored in the dopant gas container 20 and a carrier gas supplied from the carrier gas supply unit 30, respectively. 26, 36, the flow rate is adjusted to flow into the mixer 40 at a constant rate, a portion of the dilution gas mixed in the mixer 40 is supplied to the process chamber 70 is used as an epitaxial process gas, the rest Dilution gas is composed of a bypass to the scrubber (Scrubber, 50) to extinguish.

일례로, 상기 에피택셜 공정의 진행시 사용되는 도펀트가스중 하나인 디보란의 경우 도펀트 농도가 75 ppm이 되도록 조절하여 사용하고 있으며, 실제 공정에서는 디보란(125 sccm) : 수소(15 slm)의 비율로 혼합된 희석가스중 약 150 sccm만이 공정챔버(70)로 공급되고, 나머지 희석가스는 스크러버(50)로 보내져 소멸시키는 구조로 되어 있어, 희석가스의 낭비를 초래하는 문제점이 있다.For example, diborane, one of the dopant gases used in the epitaxial process, is used to adjust the dopant concentration to 75 ppm, and in actual process, diborane (125 sccm): hydrogen (15 slm) Only about 150 sccm of the dilution gas mixed at a ratio is supplied to the process chamber 70, and the remaining dilution gas is sent to the scrubber 50 to be extinguished, resulting in waste of the dilution gas.

한편, 에피택셜 공정에서 실리콘 기판의 상부에 균일한 두께로 에피층을 성장시키기 위해서는 일정한 농도를 갖는 희석가스가 공급되어야 한다.Meanwhile, in order to grow an epitaxial layer with a uniform thickness on top of a silicon substrate in an epitaxial process, a dilution gas having a constant concentration must be supplied.

그러나 종래의 희석가스 공급장치(10)는 공정챔버(70)로 공급되는 희석가스 의 농도를 일정하게 유지되도록 하는 제어방법이 미비하여, 도펀트가스와 캐리어가스 혼합의 초기에는 도펀트가스의 농도가 일정치 않고 기준농도보다 낮거나 높은 헌팅현상이 발생하는 문제가 있을 뿐만 아니라, 희석가스의 사용이 계속될수록 도펀트가스의 농도가 점차로 높아지는 현상이 발생하여 공정의 신뢰성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.However, the conventional dilution gas supply device 10 has a lack of a control method for maintaining a constant concentration of the dilution gas supplied to the process chamber 70, the concentration of the dopant gas at the beginning of the dopant gas and carrier gas mixing There is a problem that the hunting phenomenon is lowered or higher than the standard concentration without standing, and the concentration of the dopant gas is gradually increased as the use of the diluent gas continues to decrease the reliability of the process.

만일 희석가스의 농도가 일정하게 유지되지 않은 상태로 공정이 계속 진행될 경우에는 웨이퍼상에 증착된 에피층의 두께 및 표면저항(RS) 데이터가 기준 스펙(spec)의 범위를 벗어나게 되어 결국 웨이퍼의 불량을 초래하게 되는 문제점이 있다.If the process is continued while the concentration of the dilution gas is not kept constant, the thickness and surface resistance (RS) data of the epi layer deposited on the wafer will be out of the range of the reference spec, resulting in wafer defects. There is a problem that causes.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 에피택셜 공정에 사용되는 도펀트가스와 캐리어가스가 혼합된 희석가스 중 실제 공정에 사용되지 않고 낭비되는 희석가스의 소비량을 줄이고, 희석가스의 농도를 일정범위로 조절함으로써 에피택셜 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 된 반도체 제조 공정용 희석가스 공급장치 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the dopant gas used in the epitaxial process and the carrier gas of the dilution gas mixed with the dilution gas wasted without being used in the actual process, the consumption of the dilution gas It is an object of the present invention to provide a dilution gas supply device for a semiconductor manufacturing process and a method for improving the reliability of the epitaxial process by adjusting the concentration in a certain range.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 반도체 제조 공정용 희석가스 공급장치는, 도펀트가스를 내부에 저장하는 도펀트가스 용기; 상기 도펀트가스와 혼합되는 캐리어가스가 공급되는 캐리어가스 공급부; 상기 도펀트가스와 상기 캐리어가스를 혼합하여 희석가스를 생성하는 혼합기; 상기 도펀트가스 용기와 상기 혼합기를 연결하는 도펀트가스관 상에 구비되는 도펀트가스용 유량조절기; 상기 캐리어가스 공급부와 상기 혼합기를 연결하는 캐리어가스관 상에 구비되는 캐리어가스용 유량조절기; 상기 혼합기와 공정챔버를 연결하는 희석가스관 상에 구비되어 희석가스를 저장하는 버퍼탱크;및 상기 혼합기와 상기 버퍼탱크를 연결하는 희석가스관에서 분기되는 희석가스 우회로관에 연결되는 스크러버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Diluent gas supply apparatus for a semiconductor manufacturing process of the present invention for realizing the object as described above, the dopant gas container for storing the dopant gas therein; A carrier gas supply unit to which a carrier gas mixed with the dopant gas is supplied; A mixer for mixing the dopant gas and the carrier gas to generate a dilution gas; A dopant gas flow regulator provided on the dopant gas pipe connecting the dopant gas container and the mixer; A flow rate regulator for carrier gas provided on a carrier gas pipe connecting the carrier gas supply unit and the mixer; And a buffer tank provided on the dilution gas pipe connecting the mixer and the process chamber to store the dilution gas; and a scrubber connected to the dilution gas bypass pipe branched from the dilution gas pipe connecting the mixer and the buffer tank. It features.

상기 버퍼탱크와 상기 공정챔버를 연결하는 희석가스관 상에는 압력게이지와 농도검출기가 구비된 것을 특징으로 한다.A pressure gauge and a concentration detector are provided on the dilution gas pipe connecting the buffer tank and the process chamber.

상기 버퍼탱크와 상기 공정챔버를 연결하는 희석가스관에는 희석가스 우회로관이 분기되고, 상기 희석가스 우회로관은 스크러버에 연결된 것을 특징으로 한다.The dilution gas bypass pipe is branched to the dilution gas pipe connecting the buffer tank and the process chamber, and the dilution gas bypass pipe is connected to the scrubber.

본 발명의 일실시예에 따른 반도체 제조 공정용 희석가스 공급방법은, (a) 도펀트가스와 캐리어가스를 혼합하는 혼합기와 공정챔버 사이에 구비되어 희석가스를 저장하는 버퍼탱크로부터 상기 공정챔버로 공급되는 희석가스의 압력을 측정하는 단계; (b) 상기 (a)단계에서 측정된 희석가스의 압력과 기 설정된 상기 버퍼탱크의 기준압력을 비교하는 단계; (c) 상기 (b)단계에서 희석가스의 압력이 버퍼탱크의 기준압력의 하한치 미만인 경우에는, 상기 버퍼탱크로 공급되는 희석가스 공급관 상에 구비된 압력밸브를 개방된 상태로 유지시키는 단계;및 (d) 상기 희석가스의 압력이 상기 버퍼탱크의 기준압력의 상한치를 초과하는 경우에는 상기 버퍼탱크로 공급되는 희석가스 공급관 상에 구비된 압력밸브를 닫아 상기 버퍼탱크로 공급되는 희석가스를 차단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Diluent gas supply method for a semiconductor manufacturing process according to an embodiment of the present invention, (a) is provided between the mixing chamber and the mixing chamber for mixing the dopant gas and carrier gas supplied from the buffer tank for storing the diluted gas to the process chamber Measuring the pressure of the diluted gas; (b) comparing the pressure of the dilution gas measured in step (a) with a reference pressure of the preset buffer tank; (c) if the pressure of the dilution gas in step (b) is less than the lower limit of the reference pressure of the buffer tank, maintaining the pressure valve provided on the dilution gas supply pipe supplied to the buffer tank in an open state; And (d) If the pressure of the dilution gas exceeds the upper limit of the reference pressure of the buffer tank to close the pressure valve provided on the dilution gas supply pipe to the buffer tank to block the dilution gas supplied to the buffer tank It characterized in that it comprises a step.

상기 (c)단계에서 희석가스의 압력이 버퍼탱크의 기준압력의 하한치 미만인 경우에는, 상기 혼합기에서 상기 버퍼탱크로 초기에 공급되는 희석가스의 일부를 스크러버로 배출시키는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.If the pressure of the dilution gas in the step (c) is less than the lower limit of the reference pressure of the buffer tank, discharging a portion of the dilution gas initially supplied from the mixer to the buffer tank to the scrubber; further comprising a It features.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 제조 공정용 희석가스 공급방법은, (a) 버퍼탱크와 공정챔버를 연결하는 희석가스관 상에 구비된 압력밸브를 차단시킨 상태에서, 도펀트가스와 캐리어가스를 혼합하는 혼합기와 공정챔버 사이에 구비되 어 희석가스를 저장하는 버퍼탱크로부터 상기 공정챔버로 공급되는 희석가스의 농도를 측정하는 단계; (b) 상기 (a)단계에서 측정된 희석가스의 농도와 기 설정된 희석가스의 기준농도를 비교하는 단계; (c) 상기 (b)단계에서 희석가스의 측정농도가 기준농도 미만인 경우에는, 도펀트가스 용기와 혼합기 사이에 구비된 도펀트가스용 유량조절기의 세팅값을 증가시켜 상기 혼합기로 유입되는 도펀트가스의 유량을 증가시키는 단계; (d) 상기 (b)단계에서 희석가스의 측정농도가 기준농도를 초과할 경우에는, 도펀트가스 용기와 혼합기 사이에 구비된 도펀트가스용 유량조절기의 세팅값을 감소시켜 상기 혼합기로 유입되는 도펀트가스의 유량을 감소시키는 단계;및 (e) 상기 (c)단계 내지 상기 (d)단계의 진행결과, 상기 희석가스의 측정농도가 기준농도와 일치되는 경우에는 버퍼탱크와 공정챔버를 연결하는 희석가스관 상에 구비된 압력밸브를 개방하여 희석가스를 상기 공정챔버로 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Diluent gas supply method for a semiconductor manufacturing process according to another embodiment of the present invention, (a) the dopant gas and the carrier gas in a state in which the pressure valve provided on the diluent gas pipe connecting the buffer tank and the process chamber is blocked Measuring a concentration of the dilution gas supplied between the mixing mixer and the process chamber and supplied to the process chamber from a buffer tank storing the dilution gas; (b) comparing the concentration of the dilution gas measured in step (a) with a reference concentration of the preset dilution gas; (c) If the measured concentration of the diluent gas in step (b) is less than the reference concentration, the flow rate of the dopant gas flowing into the mixer by increasing the setting value of the dopant gas flow regulator provided between the dopant gas container and the mixer Increasing; (d) When the measured concentration of the diluent gas in step (b) exceeds the reference concentration, the dopant gas flowing into the mixer by reducing the setting value of the dopant gas flow regulator provided between the dopant gas container and the mixer And (e) dilution gas pipes connecting the buffer tank and the process chamber when the measured concentration of the dilution gas coincides with the reference concentration as a result of the steps (c) to (d). And supplying the dilution gas to the process chamber by opening a pressure valve provided in the upper portion of the chamber.

본 발명에 따른 반도체 제조 공정용 희석가스 공급장치 및 그 방법에 의하면, 도펀트가스와 캐리어가스를 혼합하여 희석하는 혼합기와 공정챔버 사이에 희석가스를 일시 저장하여 공급하는 버퍼탱크를 구비함으로써 실제 공정에 사용되지 않고 낭비되는 희석가스의 소비량을 절감할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, there is provided a diluent gas supply apparatus for a semiconductor manufacturing process and a method thereof, comprising a buffer tank for temporarily storing and supplying a dilution gas between a mixing chamber and a process chamber for mixing and diluting a dopant gas and a carrier gas. There is an advantage that can reduce the consumption of dilution gas that is not used and wasted.

또한, 본 발명에 의하면 버퍼탱크로부터 공정챔버로 공급되는 희석가스의 농도를 일정하게 조절함으로써 농도의 변화에 따른 웨이퍼 측정 데이터의 헌팅현상을 방지하고, 에피택셜 공정에서 웨이퍼 상의 에피층을 균일한 두께로 성장시킬 수 있게 되어 반도체 소자의 수율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, according to the present invention, by uniformly adjusting the concentration of the dilution gas supplied from the buffer tank to the process chamber, the hunting phenomenon of the wafer measurement data due to the change of the concentration is prevented, and the epitaxial layer on the wafer in the epitaxial process has a uniform thickness. It is possible to grow as a has the advantage of improving the yield of the semiconductor device.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and operation of the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 제조 공정용 희석가스 공급장치의 구성도이다.2 is a block diagram of a dilution gas supply apparatus for a semiconductor manufacturing process according to the present invention.

본 발명에 따른 희석가스 공급장치(100)는 도펀트가스 용기(20)로부터 공급되는 도펀트가스와 캐리어가스 공급부(30)로부터 공급되는 캐리어가스가 혼합기(40)에서 혼합되어 공정용 희석가스가 생성되고, 상기 혼합기(40)와 공정챔버(70)의 사이에 희석가스를 일시 저장하여 공급하는 버퍼탱크(120)를 구비함으로써 희석가스의 낭비를 최소화함에 특징이 있다.In the diluent gas supply device 100 according to the present invention, the dopant gas supplied from the dopant gas container 20 and the carrier gas supplied from the carrier gas supply unit 30 are mixed in the mixer 40 to generate a process dilution gas. The buffer tank 120 temporarily stores the dilution gas between the mixer 40 and the process chamber 70 to minimize waste of the dilution gas.

이하, 공정용 희석가스의 생성과정에서부터 공정챔버(70)로 공급되기까지의 일련의 순서에 따른 희석가스 공급장치(100)의 구성요소를 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the components of the dilution gas supply apparatus 100 according to a series of steps from the process of generating the process dilution gas to the process chamber 70 will be described in detail.

우선, 디보란 등의 도펀트가스가 저장된 도펀트가스 용기(20)와 혼합기(40)를 연결하는 도펀트가스관(2)의 유로상에는, 도펀트가스의 흐름을 수동으로 개폐하는 매뉴얼밸브(21)와, 도펀트가스 중에 함유된 불순물을 제거하는 필터(22)와, 압력밸브(24)와, 도펀트가스의 유량을 조절하는 도펀트가스용 유량조절밸브(MFC, 26)와, 압력밸브(102)가 순차로 구비된다.First, a manual valve 21 for manually opening and closing the flow of dopant gas and a dopant are formed on the flow path of the dopant gas pipe 2 which connects the dopant gas container 20 in which the dopant gas such as diborane and the like are mixed with the mixer 40. A filter 22 for removing impurities contained in the gas, a pressure valve 24, a flow control valve for dopant gas (MFC) 26 for adjusting the flow rate of the dopant gas, and a pressure valve 102 are sequentially provided. do.

한편, 수소 등의 캐리어가스가 공급되는 캐리어가스 공급부(30)와 혼합기(40)를 연결하는 캐리어가스관(4)의 유로상에는, 압력밸브(34)와, 캐리어가스의 유량을 조절하는 캐리어가스용 유량조절밸브(MFC, 36)와, 압력밸브(101)가 순차로 구비된다.On the other hand, on the flow path of the carrier gas pipe 4 which connects the mixer 40 and the carrier gas supply part 30 to which carrier gas, such as hydrogen, is supplied, the pressure valve 34 and the carrier gas for adjusting the flow volume of carrier gas The flow control valves MFC 36 and the pressure valve 101 are provided in this order.

본 발명의 일실시예로서, 상기 도펀트가스 용기(20)로부터 공급되는 디보란가스의 압력은 30±2 psi, 상기 캐리어가스 공급부(30)로부터 공급되는 수소가스의 압력은 25±2 psi이고, 디보란 125 sccm와 수소 15 slm의 비율로 혼합기(40)로 유입되며, 상기 도펀트가스용 유량조절기(26)의 최대용량은 500 sccm, 상기 캐리어가스용 유량조절기(36)는 최대용량은 20 slm으로 구성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the pressure of the diborane gas supplied from the dopant gas container 20 is 30 ± 2 psi, the pressure of the hydrogen gas supplied from the carrier gas supply unit 30 is 25 ± 2 psi, Diborane is introduced into the mixer 40 at a ratio of 125 sccm and 15 slm of hydrogen. The maximum capacity of the dopant gas flow regulator 26 is 500 sccm, and the maximum capacity of the carrier gas flow regulator 36 is 20 slm. It may be configured as.

상기 혼합기(40)에서는 도펀트가스와 캐리어가스를 혼합하여 공정용 희석가스를 생성하고, 상기 희석가스는 희석가스관(8)으로 배출된다.In the mixer 40, a dopant gas and a carrier gas are mixed to generate a process dilution gas, and the dilution gas is discharged into the dilution gas pipe 8.

상기 희석가스관(8)의 끝단에는 분기점(9)이 형성되어, 일측(도면상 좌측)으로는 희석가스 공급관(8a)으로 분기되어 버퍼탱크(120)에 연결되고, 타측(도면상 우측)으로는 희석가스 우회로관(8b)으로 분기되어 스크러버(110)로 연결된다.A branch point 9 is formed at the end of the dilution gas pipe 8, branched to the diluent gas supply pipe 8a to one side (left side in the drawing), connected to the buffer tank 120, and to the other side (right side in the drawing). Is branched to the dilution gas bypass pipe (8b) is connected to the scrubber (110).

상기 분기점(9)으로부터 버퍼탱크(120)로 연결되는 희석가스 공급관(8a) 상에는 압력밸브(104), 압력게이지(42), 조정기(44), 압력밸브(48)가 순차로 구비되어 버퍼탱크(120)로 유입되는 희석가스의 압력상태를 외부에서 파악하여 조절할 수 있도록 구성되어 있으며, 상기 분기점(9)과 스크러버(110)를 연결하는 희석가스 우회로관(8b) 상에는 압력밸브(103)가 구비되어 있다.The pressure valve 104, the pressure gauge 42, the regulator 44, and the pressure valve 48 are sequentially provided on the dilution gas supply pipe 8a connected to the buffer tank 120 from the branch point 9. The pressure state of the dilution gas flowing into the 120 is configured to be adjusted from the outside, the pressure valve 103 is on the dilution gas bypass pipe (8b) connecting the branch point (9) and the scrubber (110). It is provided.

상기 스크러버(110)는 후술되는 바와 같이, 혼합기(40)로부터 초기에 유출되 는 희석가스의 일부를 배출하기 위한 용도로 사용되며, 기타 대부분의 희석가스는 버퍼탱크(120)로 유입되어 저장된다.The scrubber 110 is used for discharging a part of the dilution gas initially discharged from the mixer 40 as described below, and most other dilution gases are introduced into and stored in the buffer tank 120. .

상기 버퍼탱크(120)의 유출구에 연결된 희석가스관(11) 상에는 공정챔버(70)로 공급되는 희석가스의 압력과 농도를 측정하기 위한 압력게이지(124)와 농도검출기(128)가 구비되어 있다.On the dilution gas pipe 11 connected to the outlet of the buffer tank 120, a pressure gauge 124 and a concentration detector 128 for measuring the pressure and concentration of the dilution gas supplied to the process chamber 70 are provided.

상기 희석가스관(11)의 끝단에는 분기점(12)이 형성되어, 일측(도면상 하측)으로는 희석가스 공급관(11a)으로 분기되어 공정챔버(70)의 희석가스 유입구(60)로 연결되고, 타측(도면상 우측)으로는 희석가스 우회로관(11b)으로 분기되어 스크러버(130)로 연결된다.A branch point 12 is formed at an end of the dilution gas pipe 11, branched to the dilution gas supply pipe 11a at one side (lower side in the drawing), and connected to the dilution gas inlet 60 of the process chamber 70. The other side (right side in the drawing) is branched to the dilution gas bypass pipe (11b) is connected to the scrubber (130).

또한, 상기 희석가스 우회로관(11b)과 희석가스 공급관(11a) 상에는 각각 압력밸브(105)와 압력밸브(106)가 구비되어 있다.Further, a pressure valve 105 and a pressure valve 106 are provided on the dilution gas bypass pipe 11b and the dilution gas supply pipe 11a, respectively.

도 3은 본 발명에 따른 압력게이지에서 측정된 희석가스의 압력을 기준으로 압력밸브의 개폐상태가 제어되는 단계를 나타낸 흐름도이다.Figure 3 is a flow chart showing the step of controlling the opening and closing state of the pressure valve on the basis of the pressure of the dilution gas measured in the pressure gauge according to the present invention.

본 발명에 따른 희석가스 공급방법의 일 실시예는, 상기 버퍼탱크(120) 내에 저장되는 희석가스의 압력이 기준압력의 범위로 유지되도록 하여 희석가스의 압력이 일정치 않을 경우에 발생할 수 있는 희석가스의 헌팅현상을 방지함을 특징으로 한다.One embodiment of the dilution gas supply method according to the present invention, the dilution that may occur when the pressure of the dilution gas is not constant so that the pressure of the dilution gas stored in the buffer tank 120 is maintained in the range of the reference pressure It is characterized by preventing the hunting of the gas.

우선, 버퍼탱크(120) 유출구측의 희석가스관(11) 상에 설치된 압력게이지(124)를 이용하여 희석가스의 압력을 측정한다(S 102).First, the pressure of the dilution gas is measured using the pressure gauge 124 provided on the dilution gas pipe 11 on the outlet side of the buffer tank 120 (S 102).

일실시예로서, 상기 버퍼탱크(120) 내에 저장된 희석가스의 기준압력을 30 ~ 40 psi의 범위로 제어하는 경우를 예로 들어 설명한다.As an embodiment, a case where the reference pressure of the dilution gas stored in the buffer tank 120 is controlled in the range of 30 to 40 psi will be described as an example.

상기 희석가스의 측정압력과 기준압력의 하한치(30 psi)를 비교하여(S 104), 측정압력이 30 psi 미만인 경우에는, 압력밸브(34,101,24,102,103)을 개방하여 스크러버(110)로 희석가스의 일부가 유출되도록 하고, 압력밸브(104,48)를 차단하여 버퍼탱크(120)로는 희석가스의 흐름을 차단함과 아울러, 유량조절기(36,26)를 가동시켜 각각 세팅된 범위의 유량을 갖도록 조절하게 된다(S 106).Compare the measured pressure of the dilution gas and the lower limit value (30 psi) of the reference pressure (S 104), when the measured pressure is less than 30 psi, the pressure valve (34, 101, 24, 102, 103) by opening the scrubber 110 of the dilution gas Partial flow out, the pressure valve (104, 48) to block the flow of the diluent gas to the buffer tank 120, and to operate the flow regulators (36, 26) to have a flow rate of each set range It is to be adjusted (S 106).

이 단계에서는 도펀트가스와 캐리어가스의 혼합으로 희석가스를 생성할 때, 초기에 혼합기(40)에서 생성되어 버퍼탱크(120)로 공급되는 희석가스의 경우 불안정한 상태로 될 수 있는 혼합가스의 일부를 약 10 초간 스크러버(110)로 방출시키게 된다.In this step, when the diluent gas is generated by mixing the dopant gas and the carrier gas, a portion of the mixed gas that is initially generated in the mixer 40 and supplied to the buffer tank 120 may become unstable. The scrubber 110 is released for about 10 seconds.

그 후, 혼합기(40)와 스크러버(110) 사이의 압력밸브(103)를 차단하고, 혼합기(40)와 버퍼탱크(120) 사이의 압력밸브(104,48)를 개방시켜 희석가스가 버퍼탱크(120)로 유입되도록 한다(S 108).Thereafter, the pressure valve 103 between the mixer 40 and the scrubber 110 is shut off, and the pressure valves 104 and 48 between the mixer 40 and the buffer tank 120 are opened, thereby diluting the gas into the buffer tank. To be introduced to 120 (S 108).

다음 단계로, 압력게이지(124)에서 측정된 압력과 기준압력의 상한치를 비교하여(S 110), 압력게이지(124)에서 측정된 희석가스의 압력이 기준압력의 상한치인 40 psi에 도달할 때까지 버퍼탱크(120)로의 희석가스 공급을 지속시키고, 희석가스의 측정압력이 기준압력의 상한치를 초과하는 경우에는 압력밸브(34,101,24,102,103,104,48)를 모두 차단시키고, 유량조절기(36,26)의 작동을 정지시켜 버퍼탱크(120)로의 희석가스 공급이 중단되도록 한다(S 112).In the next step, the pressure measured by the pressure gauge 124 is compared with the upper limit of the reference pressure (S 110), when the pressure of the dilution gas measured by the pressure gauge 124 reaches the upper limit of the reference pressure 40 psi The dilution gas supply to the buffer tank 120 is continued until the measured pressure of the dilution gas exceeds the upper limit of the reference pressure, and the pressure valves 34, 101, 24, 102, 103, 104, and 48 are all shut off, and the flow regulators 36 and 26 are supplied. By stopping the operation of the dilution gas supply to the buffer tank 120 is stopped (S 112).

상기 단계들을 순차적으로 수행함으로써 버퍼탱크(120) 내에 저장되는 희석가스의 압력을 기준압력의 범위 내로 유지시킬 수 있게 된다.By sequentially performing the above steps it is possible to maintain the pressure of the dilution gas stored in the buffer tank 120 within the range of the reference pressure.

도 4는 본 발명에 따른 농도검출기에서 측정된 희석가스의 농도를 기준으로 유량조절기에서 희석가스의 유량이 제어되는 단계를 나타낸 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a step of controlling the flow rate of the dilution gas in the flow controller based on the concentration of the dilution gas measured in the concentration detector according to the present invention.

본 발명에 따른 희석가스 공급방법의 또 다른 실시예는, 버퍼탱크(120)로부터 공정챔버(70)로 공급되는 희석가스의 농도를 기준농도 범위로 조절하는 것을 특징으로 한다.Another embodiment of the method for supplying a dilution gas according to the present invention is characterized in that the concentration of the dilution gas supplied from the buffer tank 120 to the process chamber 70 is adjusted to a reference concentration range.

에피택셜 공정의 진행으로 웨이퍼 상에 균일한 에피층을 성장시키기 위해서는 버퍼탱크(120)에 저장된 희석가스의 농도를 균일한 상태가 되도록 조절해야 한다.In order to grow a uniform epitaxial layer on the wafer by the epitaxial process, the concentration of the dilution gas stored in the buffer tank 120 must be controlled to be uniform.

우선, 압력밸브(105)를 개방하고 압력밸브(106)를 차단시켜, 버퍼탱크(120)에 저장된 희석가스의 최초 공급량의 일부가 스크러버(130)로 배출되도록 한다(S 202).First, the pressure valve 105 is opened and the pressure valve 106 is blocked so that a part of the initial supply amount of the dilution gas stored in the buffer tank 120 is discharged to the scrubber 130 (S 202).

이 때 농도검출기(128)를 통해 버퍼탱크(120)로부터 스크러버(130)로 배출되는 희석가스의 농도를 측정하고(S 204), 측정된 농도가 기준농도(75 ppm)에 해당하는지 여부를 판단한다(S 206).At this time, the concentration of the dilution gas discharged from the buffer tank 120 to the scrubber 130 through the concentration detector 128 is measured (S 204), and it is determined whether the measured concentration corresponds to the reference concentration (75 ppm). (S 206).

희석가스의 측정농도가 기준농도에 해당하는 경우에는 압력밸브(105)를 차단하고 압력밸브(106)를 개방시켜(S 208) 희석가스가 공정챔버(70)로 공급되도록 하여 공정을 진행하게 된다.When the measured concentration of the dilution gas corresponds to the reference concentration, the pressure valve 105 is blocked and the pressure valve 106 is opened (S 208) so that the dilution gas is supplied to the process chamber 70 to proceed with the process. .

그러나, 상기 측정된 희석가스의 농도가 기준농도에 해당하지 않는 경우 중, 측정농도가 기준농도 미만인 경우(S 210)에는 도펀트가스용 유량조절기(26)의 세팅값을 증가시켜 희석가스의 농도가 증가되도록 조절하고(S 212), 측정농도가 기준농도를 초과하는 경우에는 도펀트가스용 유량조절기(26)의 세팅값을 감소시켜 희석가스의 농도가 감소되도록 조절한다(S 214).However, when the measured concentration of the dilution gas does not correspond to the reference concentration, when the measured concentration is less than the reference concentration (S 210), the concentration of the dilution gas is increased by increasing the setting value of the flow regulator 26 for the dopant gas If the measured concentration exceeds the reference concentration (S 212), the setting value of the flow regulator 26 for the dopant gas is reduced to reduce the concentration of the dilution gas (S 214).

예를 들어, 희석가스의 기준농도가 75 ppm일 때, 만일 도펀트가스인 디보란(B2H6)의 세팅값이 250 sccm, 캐리어가스인 수소(H2)의 세팅값이 10 slm인 경우에 농도검출기(128)에서 희석가스의 농도가 80 ppm으로 측정되면 도펀트가스용 유량조절기(26)의 세팅값을 200 sccm으로 감소시켜 희석가스의 농도를 기준농도인 75 ppm으로 조절하고, 만일 농도검출기(128)에서 희석가스의 농도가 70 ppm으로 측정되면 도펀트가스용 유량조절기(26)의 세팅값을 300 sccm으로 증가시켜 희석가스의 농도를 기준농도인 75 ppm으로 조절하여 희석가스를 공정챔버(70)로 공급하게 된다.For example, when the reference concentration of the diluent gas is 75 ppm, if the setting value of the dopant gas diborane (B 2 H 6 ) is 250 sccm, the setting value of the carrier gas hydrogen (H 2 ) is 10 slm. When the concentration of the dilution gas is measured at 80 ppm in the concentration detector 128, the setting value of the flow regulator 26 for the dopant gas is reduced to 200 sccm to adjust the concentration of the dilution gas to the reference concentration of 75 ppm. When the concentration of the dilution gas is measured at 70 ppm by the detector 128, the setting value of the flow regulator 26 for the dopant gas is increased to 300 sccm, and the concentration of the dilution gas is adjusted to 75 ppm, which is the reference concentration. It is supplied to 70.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정·변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.It is apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to the above embodiments and can be practiced in various ways without departing from the technical spirit of the present invention. will be.

도 1은 종래 반도체 제조 공정용 희석가스 공급장치의 구성도,1 is a block diagram of a dilution gas supply apparatus for a conventional semiconductor manufacturing process,

도 2는 본 발명에 따른 반도체 제조 공정용 희석가스 공급장치의 구성도,2 is a configuration diagram of a dilution gas supply apparatus for a semiconductor manufacturing process according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 압력게이지에서 측정된 희석가스의 압력을 기준으로 압력밸브의 개폐상태가 제어되는 단계를 나타낸 흐름도,Figure 3 is a flow chart showing the step of controlling the opening and closing state of the pressure valve on the basis of the pressure of the dilution gas measured in the pressure gauge according to the present invention,

도 4는 본 발명에 따른 농도검출기에서 측정된 희석가스의 농도를 기준으로 유량조절기에서 희석가스의 유량이 제어되는 단계를 나타낸 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a step of controlling the flow rate of the dilution gas in the flow controller based on the concentration of the dilution gas measured in the concentration detector according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

2 : 도펀트가스관 4 : 캐리어가스관2: dopant gas pipe 4: carrier gas pipe

6,8,11 : 희석가스관 6a,8a,11a : 희석가스 공급관6,8,11: Dilution gas pipe 6a, 8a, 11a: Dilution gas supply pipe

6b,8b,11b : 희석가스 우회로관 7,9,12 : 분기점6b, 8b, 11b: Diluent gas bypass tube 7,9,12: branch point

10,100 : 희석가스 공급장치 20 : 도펀트가스 용기10,100: diluent gas supply device 20: dopant gas container

21 : 매뉴얼밸브 22 : 필터21: manual valve 22: filter

24,34,48,101,102,103,104,105,106 : 압력밸브24,34,48,101,102,103,104,105,106: Pressure valve

26,36 : 유량조절기(MFC) 30 : 캐리어가스 공급부26,36: flow controller (MFC) 30: carrier gas supply unit

40 : 혼합기 44 : 조정기40: mixer 44: regulator

50,110,130 : 스크러버 60 : 희석가스 유입구50,110,130: scrubber 60: dilution gas inlet

70 : 공정챔버 120 : 버퍼탱크70: process chamber 120: buffer tank

124 : 압력게이지 128 : 농도검출기124: pressure gauge 128: concentration detector

Claims (6)

반도체 제조를 위한 에피택셜 공정에서 도펀트가스와 캐리어가스가 혼합된 희석가스를 공정챔버로 공급하는 희석가스 공급장치에 있어서,In the dilution gas supply apparatus for supplying a diluent gas mixed with a dopant gas and a carrier gas to the process chamber in the epitaxial process for semiconductor manufacturing, 도펀트가스를 내부에 저장하는 도펀트가스 용기;A dopant gas container for storing the dopant gas therein; 상기 도펀트가스와 혼합되는 캐리어가스가 공급되는 캐리어가스 공급부;A carrier gas supply unit to which a carrier gas mixed with the dopant gas is supplied; 상기 도펀트가스와 상기 캐리어가스를 혼합하여 희석가스를 생성하는 혼합기;A mixer for mixing the dopant gas and the carrier gas to generate a dilution gas; 상기 도펀트가스 용기와 상기 혼합기를 연결하는 도펀트가스관 상에 구비되는 도펀트가스용 유량조절기;A dopant gas flow regulator provided on the dopant gas pipe connecting the dopant gas container and the mixer; 상기 캐리어가스 공급부와 상기 혼합기를 연결하는 캐리어가스관 상에 구비되는 캐리어가스용 유량조절기;A flow rate regulator for carrier gas provided on a carrier gas pipe connecting the carrier gas supply unit and the mixer; 상기 혼합기와 공정챔버를 연결하는 희석가스관 상에 구비되어 희석가스를 저장하는 버퍼탱크;A buffer tank provided on the dilution gas pipe connecting the mixer and the process chamber to store the dilution gas; 상기 혼합기와 상기 버퍼탱크를 연결하는 희석가스관에서 분기되는 희석가스 우회로관에 연결되는 제1스크러버; 및A first scrubber connected to the dilution gas bypass pipe branched from the dilution gas pipe connecting the mixer and the buffer tank; And 상기 버퍼탱크와 상기 공정챔버를 연결하는 희석가스관에서 분기되는 희석가스 우회로관에 연결되는 제2스크러버;를 포함하며,And a second scrubber connected to the dilution gas bypass pipe branched from the dilution gas pipe connecting the buffer tank and the process chamber. 상기 버퍼탱크와 상기 공정챔버를 연결하는 희석가스관 상에는 압력게이지와 농도검출기가 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정용 희석가스 공급장치.Dilution gas supply device for a semiconductor manufacturing process, characterized in that the pressure gauge and the concentration detector is provided on the diluent gas pipe connecting the buffer tank and the process chamber. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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