KR20010090666A - gas transfer device of ALE apparatus using the remote plasma - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A gas transfer device of an atomic layer epitaxy system using remote plasma is provided to prevent particles by supplying a reaction material under a lower temperature. CONSTITUTION: A storage vessel(4) stores a solid source of TaCl5 as a reaction material including Ta, A heating portion(5) is installed at an outer face of the storage vessel(4). The heating portion(5) heats the reaction material to a predetermined temperature and sublimates the reaction material to a reaction gas of TaCl5. A flow rate control portion(6) controls the amount of the generated reaction gas. The first feeding valve portion(23) is used for transmitting the generated reaction gas to a vacuum chamber or a bypass line(P). A flow rate controller(MFC3) is installed at the bypass line. A purge valve portion(27) is used for supplying an inert gas such as N2 or Ar. A flow rate controller(MFC1) is installed at the purge valve portion(27). A flow rate controller(MF2) is used for supplying a gas source of NH3. A plasma generator(7) induces ionization of the gas source. The second feeding valve portion(25) is used for transmitting the ionized gas to the vacuum chamber or the bypass line. A flow rate controller(MFC4) is installed at the bypass line.

Description

리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치{gas transfer device of ALE apparatus using the remote plasma}Gas transfer device of ALE apparatus using the remote plasma}

본 발명은 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산화막 형성 및 질화막 그리고 금속막 증착 공정에서 이용되는 증착 장비인 원자층 형성공정에서 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 in an atomic layer forming process, which is a deposition apparatus used in an oxide film forming, a nitride film, and a metal film deposition process. It relates to a gas transfer device of the device.

일반적으로, 반도체 제조공정은 웨이퍼공정, 에피택시(epitaxy)공정, 박막형성공정, 확산/이온주입공정, 사진노광공정(photolithography), 에칭공정 등으로 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 플라스틱 등으로 외관을 밀봉하여 개별적인 반도체소자로 제조하는 것이다.In general, semiconductor manufacturing processes include a wafer process, an epitaxy process, a thin film forming process, a diffusion / ion implantation process, a photolithography process, an etching process, and the like, and polycrystalline ingots from siliceous materials 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), 금속대신에 게이트 전극으로 이용되는 다결정실리콘막(poly-Si), 소자 내에서 소자와 소자를 연결하여 전도성 금속전극으로 이용되거나 외부 단자와 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 a conductive layer, a nitride film (Si 3 N 4 ) mainly used as a device protection layer, and a gate instead of a metal Poly-Si film used as an electrode (poly-Si), it can be divided into 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.

상기 박막증착공정 중 산화막 형성과 질화막 및 금속막 형성시에는 현재 대부분의 박막증착에 이용되고 있는 것으로써, 웨이퍼를 진공반응실(chamber)에 넣고 함께 반응가스를 주입하면서 소정의 온도 분위기에서 기체를 상기 웨이퍼에 증착시키는 CVD(Chemical Vapor Deposition)방식이 널리 사용되고 있다. 이에는 상압 CVD, 감압 CVD, 플라즈마 CVD, 에너지 증속 CVD등이 있는데, 어느 경우나 불순물이 적어야 되고 박막의 두께가 균일하게 형성되어야 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.During the thin film deposition process, the oxide film, the nitride film and the metal film are used for most of the current thin film deposition process. The wafer is placed in a vacuum chamber and the reaction gas is injected to induce a gas in a predetermined temperature atmosphere. CVD (Chemical Vapor Deposition) method to deposit on the wafer is widely used. This includes atmospheric CVD, reduced pressure CVD, plasma CVD, energy accelerated CVD, etc. In all cases, a technique that requires a small amount of impurities and a uniform thickness of the 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 전통적인 버블(bubble)방식을 이용하여 캐리어(carrier)기체에 포함된 서로 다른 반응기체를 소정의 시간간격을 두고 교번적으로 공급함으로써, 반응물질을 진공챔버에 이송시켜 웨이퍼 상에 원하는 금속층이나 산화막 또는 질화막을 증착하는 방법이다. 이는 반응기체 각각을 하나씩 교번적으로 상기 챔버에 공급하여 웨이퍼 상에 원자층을 형성함으로 불순물의 농도를 줄일 수 있으며, 박막의 두께를 원하는 만큼 제어할 수 있는 잇점이 있다.The atomic layer forming process of the prior art uses a conventional bubble method to alternately supply different reactants contained in a carrier gas at a predetermined time interval, thereby supplying reactants to the vacuum chamber. It transfers and deposits a desired metal layer, an oxide film, or a nitride film on a wafer. This can reduce the concentration of impurities by supplying each of the reactants alternately to the chamber to form an atomic layer on the wafer, and has the advantage of controlling the thickness of the thin film as desired.

그런데 이와 같은 원자층 형성공정은 반응물질을 적정한 온도까지 상승시키거나 반응의 활성화 에너지를 공급하기 위하여 온도를 고온으로 유지해야 하는 문제점이 있으며 이에 따라 증착 하고자 하는 박막 이외의 불순한 박막의 형성이 초래되어 박막의 수율이 떨어지는 문제점이 있다.However, such an atomic layer forming process has a problem in that the temperature must be maintained at a high temperature in order to raise the reactant to an appropriate temperature or to supply activation energy of the reaction, thereby resulting in the formation of an impure thin film other than the thin film to be deposited. There is a problem that the yield of the thin film falls.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 산화막 형성 및 금속막 그리고 질화막 증착공정에서 이용되는 증착장비에 이용되는 반응물질(반응 라디칼[Radical])을 저온으로 공급 가능하게 하여 불순물 형성을 방지하도록 한 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치를 제공하는데, 그 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and it is possible to supply impurities (reactive radicals) used in deposition equipment used in oxide film formation, metal film and nitride film deposition process at low temperature to form impurities. It is an object of the present invention to provide a gas transfer device of an atomic layer forming apparatus using a remote plasma.

도 1은 본 발명에 따른 통상적인 박막 증착장치를 나타낸 단면도이고,1 is a cross-sectional view showing a conventional thin film deposition apparatus according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따른 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치의 개념을 나타낸 블록도 이고,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 ; 밸브제어부30; Valve control unit

상기 목적은, 본 발명에 따라, 제1반응기체 및 제2반응기체와 상기 반응기체를 이송 시키는 캐리어기체를 진공챔버 내에 공급하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치에 있어서, 상기 제1 및 제2반응기체와 상기 캐리어기체를 개별적으로 이송하는 다수의 이송관과, 상기 이송관 내에 설치되어 있으며 상기 제1반응기체와 제2반응기체 중 어느 하나가 이온화 되도록 여기 에너지를 공급하는 에너지공급부와, 상기 에너지공급부에 의해서 여기된 하나의 반응기체와 여기되지 않은 다른 하나의 반응기체를 교번적으로 상기 챔버로 공급하여 반도체 웨이퍼에 박막증착을 유도하는 밸브제어수단을 포함하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치에 의해 달성된다.According to the present invention, there is provided a gas transfer apparatus of an atomic layer forming apparatus using a remote plasma for supplying a first gas, a second gas, and a carrier gas for transporting the gas into a vacuum chamber. A plurality of transfer tubes for individually transporting the first and second reaction gases and the carrier gas, and energy installed in the transfer tubes and supplying excitation energy such that any one of the first and second reactor gases is ionized. Using a remote plasma including a supply unit, and valve control means for supplying one reactor excited by the energy supply and the other not excited to the chamber to induce thin film deposition on the semiconductor wafer It is achieved by the gas transfer device of the atomic layer forming apparatus.

또한, 여기된 하나의 반응기체와 여기되지 않은 또 다른 하나의 반응기체는 시간에 따라 교번적으로 반응기에 주입하도록 구성하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to configure one reactant and another not excited to be injected into the reactor alternately with time.

여기서, 상기 에너지공급부는 상기 제1반응기체와 상기 제2반응기체 중 어느 하나가 이온화 되도록 플라즈마 현상을 유도하는 플라즈마발생부인 것이 바람직하다.Here, the energy supply unit is preferably a plasma generating unit for inducing a plasma phenomenon so that any one of the first reaction gas and the second reaction gas is ionized.

또한, 상기 밸브제어수단은 여기된 하나의 반응기체 공급과, 여기되지 않은 다른 하나의 반응기체 공급 사이에 캐리어기체를 공급하여 클리닝 시키는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the valve control means supplies and cleans the carrier gas between the supply of the excited one reactant and the supply of the other unexcited.

상기 목적은, 본 발명의 다른 분야에 따라, 진공챔버 내에 있는 웨이퍼에게 박막증착 시키는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치에 있어서, N과 H 중 어느 하나를 포함한 기체소스를 소정의 여기에너지로 이온화 되도록 플라즈마 현상을 유도하는 플라즈마발생부와, Ta를 포함한 고체소스를 소정의 온도로 가열하여 반응기체로 승화시키는 반응기체발생부와, 상기 플라즈마발생부의 플라즈마에 의해 이온화된 기체와 상기 반응기체발생부의 반응기체가 상기 챔버를 향하여 상호 교번적으로 공급되도록 하는 다수개의 밸브구동부와, 상기 밸브구동부가 개별적으로 동작되도록 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 device of an atomic layer forming apparatus using a remote plasma which deposits a thin film on a wafer in a vacuum chamber. A plasma generator for inducing a plasma phenomenon to ionize with energy, a reactor body generator for heating a solid source including Ta to a predetermined temperature to sublimate into a reactor body, and reaction with a gas ionized by plasma of the plasma generator An apparatus for forming an atomic layer using a remote plasma comprising a plurality of valve driving units for alternately supplying a reactor gas to a gas generating unit toward the chamber, and a valve control unit for generating a control signal to operate the valve driving units individually. Achieved by a gas transfer device.

여기서, 상기 여기된 반응기체는 NH3또는 H2를 이용하며, 상기 여기하지 않은 다른 하나의 반응기체는 TaCl5인 것이 바람직하다.Here, the excited reactant uses NH 3 or H 2 , and the other non-excited reactant is TaCl 5 .

또한, 상기 밸브구동부에는 상기 플라즈마에 의해 이온화된 기체와 상기 반응기체 중 어느 하나를 공급한 후에 클리닝기체를 공급하여 클리닝 시키는 클리닝기체발생부가 마련되어 있는 것이 바람직하다. 상기 플라즈마발생부와 상기 반응기체발생부와 상기 클리닝기체발생부에서 각각 발생되는 기체는 상기 밸브구동부에 의해서 제어되며 그 공급 순서는 반응기체, 클리닝기체, 플라즈마에 의해 이온화된 기체, 클리닝기체로 이루어지는 사이클이 다수회 반복되는 것이 바람직하다.In addition, the valve driving unit is preferably provided with a cleaning gas generating unit for supplying and cleaning the cleaning gas after supplying either the gas ionized by the plasma and the reactive gas. Gases generated in the plasma generating unit, the reactive gas generating unit, and the cleaning gas generating unit are controlled by the valve driving unit, and the supply order is composed of a reactive gas, a cleaning gas, a gas ionized by plasma, and a cleaning gas. It is preferred that the cycle be repeated many times.

여기서, 상기 클리닝기체는 아르곤과 질소를 포함하는 불활성기체 중 적어도 어느 하나이며, 이는 상기 반응기체와 상기 플라즈마에 의해 이온화된 기체를 상기 챔버에게 이송 시키는 캐리어기체인 것이 바람직하다. 또한, 상기 사이클에 의해서 상기 웨이퍼의 표면에 수 Å의 두께를 갖는 박막이 균일하게 증착 되는 것이 바람직하다.Here, the cleaning gas is at least one of an inert gas containing argon and nitrogen, which is preferably a carrier gas for transferring the gas ionized by the reactor gas and the plasma to the chamber. In addition, it is preferable that a thin film having a thickness of several thicknesses is uniformly deposited on the surface of the wafer by the cycle.

그리고, 상기 플라즈마발생부와 상기 반응기체발생부에는 각각 플라즈마에 의해 이온화된 기체와 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 the gas and the reactor gas ionized by the plasma to be constantly supplied.

또한, 상기 플라즈마발생부는 NH3와 H2중 어느 하나의 기체소스를 플라즈마 현상으로 유도하며, 상기 반응기체발생부는 TaCl5의 고체소스를 승화시킨 반응기체와 Ta(OC2H5)5의 액체소스를 기화 시킨 반응기체 중 어느 하나로 유도하는 것이 바람직하다. 상기 반응기체 발생부는 TaCl5고체소스의 승화조건이 만족되는 100-150 deg C 까지 가열되는 것이 바람직하다.In addition, the plasma generating unit induces a gas source of any one of NH 3 and H 2 to the plasma phenomenon, the reactor generating unit is a liquid of Ta (OC 2 H 5 ) 5 and the reactor body of the sublimed solid source of TaCl 5 It is preferable to direct the source to any of the reactants that have been vaporized. The reactor generating unit is preferably heated to 100-150 deg C, which satisfies the sublimation conditions of the TaCl 5 solid source.

결국, 상기 반응기체 발생부의 TaCl5기체소스에 상기 플라즈마발생부의 NH3와 H2기체소스 중 어느 하나를 합성하여 TaN 와 Ta중 어느 하나가 상기 웨이퍼에 증착 되도록 하는 것이 바람직하다.As a result, it is preferable that any one of TaN and Ta is deposited on the wafer by synthesizing any one of the NH 3 and H 2 gas sources of the plasma generating unit with the TaCl 5 gas source of the reactor generating unit.

여기서, 상기 Ta 그리고 TaN은 구리배선공정의 확산장벽으로 이루어지는 것이 바람직하다.Here, Ta and TaN preferably comprises a diffusion barrier of the copper wiring process.

한편, 상기 밸브구동부에는 상기 챔버로 공급되는 플라즈마에 의해 이온화된 기체와 반응기체가 일정한 압력을 유지하도록 한 바이패스수단이 마련되어 있는 것이 바람직하다. 상기 바이패스수단은 오리피스(orifice)와 메트링밸브 (metering valve) 중 어느 하나인 것이 바람직하다.On the other hand, the valve driving unit is preferably provided with a bypass means for maintaining a constant pressure between the gas ionized by the plasma supplied to the chamber and the reactor body. Preferably, the bypass means is one of an orifice and a metering valve.

또한, 상기 밸브구동부는 상기 반응기체발생부의 반응기체를 상기 챔버의 웨이퍼에게 공급하는 제1피딩밸브부와, 상기 플라즈마발생부의 플라즈마에 의해 이온화된 기체를 상기 챔버의 웨이퍼에게 공급하는 제2피딩밸브부와, 상기 제1피딩밸브부와 제2피딩밸브부에 의한 각각의 공급 후 클리닝기체를 상기 챔버를 향하여 공급하는 퍼지밸브부를 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 제1 피딩밸브부에 따른 상기 반응기체를 공급하면서 상기 퍼지밸브부에 의한 캐리어기체를 상기 챔버에게 공급되도록 제어하며, 상기 제2피딩밸브부에 따른 상기 플라즈마에 의해 이온화된 기체를 공급하면서 상기 퍼지밸브부에 의한 캐리어기체를 상기 챔버에게 공급되도록 제어하는 것이 바람직하다.The valve driving unit may include a first feeding valve unit for supplying the reactor body of the reactor body generating unit to the wafer of the chamber, and a second feeding valve for supplying gas ionized by the plasma of the plasma generating unit to the wafer of the chamber. And a purge valve portion for supplying the cleaning gas to the chamber after each supply by the first feeding valve portion and the second feeding valve portion. Here, the carrier gas by the purge valve unit is controlled 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 is supplied. While controlling the carrier gas by the purge valve unit is supplied to the chamber.

여기서, 상기 제1피딩밸브부와 상기 퍼지밸브부에 의한 제1피딩일 경우, 상기 TaCl5의 고체소스를 승화시킨 반응기체와 Ta(OC2H5)5의 액체소스를 기화 시킨 반응기체 중 어느 하나를 상기 챔버에게 공급하는 제1 피딩밸브부의 V1밸브 및 V3밸브와, 상기 불활성기체인 캐리어기체를 상기 반응기체와 함께 상기 챔버에게 공급하는 퍼지밸브부의 V5밸브를 포함하는 것이 바람직하다.Here, in the case of the first feeding by the first feeding valve unit and the purge valve unit, among the reactor body sublimated the solid source of TaCl 5 and the liquid source of Ta (OC 2 H 5 ) 5 It is preferable to include a valve V1 and V3 of the first feeding valve unit for supplying any one to the chamber, and V5 valve for supplying the carrier gas, which is the inert gas, to the chamber together with the reactor body.

또한, 상기 제1피딩밸브부에 의해서 제1피딩되면서 상기 제2피딩밸브부의 V6밸브와 V8밸브를 개방하여 일정한 압력을 유지하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to maintain a constant pressure by opening the V6 and V8 valves of the second feeding valve portion while the first feeding by the first feeding valve portion.

또한, 상기 제1피딩 이후에 상기 퍼지밸브부의 V4밸브를 개방하여 상기 챔버에게 클리어기체를 공급하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to supply a clear gas to the chamber by opening the V4 valve of the purge valve unit after the first feeding.

그리고, 상기 제2피딩밸브부와 상기 퍼지밸브부에 의한 제2피딩일 경우, 상기 NH3와 H2중 어느 하나로부터 플라즈마에 의해 이온화된 기체를 상기 챔버에게 공급하는 제2피딩밸브부의 V6밸브 및 V7밸브와, 상기 불활성기체인 캐리어기체를 상기 반응기체와 함께 상기 챔버에게 공급하는 퍼지밸브부의 V4밸브를 포함하는 것이 바람직하다.And, in the case of the second feeding by the second feeding valve unit and the purge valve unit, V6 valve of the second feeding valve unit for supplying the gas ionized by the plasma from any one of the NH 3 and H 2 to the chamber And a V4 valve and a V4 valve of a purge valve portion for supplying the carrier gas, which is the inert gas, to the chamber together with the reactor gas.

또한, 상기 제2피딩밸브부에 의해서 제2피딩되면서 상기 제1피딩밸브부의 V2밸브와 V9밸브를 개방하여 일정한 압력을 유지하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to maintain a constant pressure by opening the V2 valve and the V9 valve of the first feeding valve portion while being second fed by the second feeding valve portion.

또한, 상기 제1피딩 이후에 상기 퍼지밸브부의 V5밸브를 개방하여 상기 챔버에게 클리어기체를 공급하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to supply the clear gas to the chamber by opening the V5 valve of the purge valve unit after the first feeding.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명에 따른 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 according to the present invention, Figure 2 is a block diagram showing the concept of a gas transfer device of the atomic layer forming apparatus using a remote plasma according to the present invention, Figure 3 FIG. 4A and FIG. 4B are sequence timing diagrams for controlling the valve operation of FIG. 3 according to an embodiment of the gas transfer apparatus of the atomic layer forming apparatus using the remote plasma.

먼저, 통상적인 박막증착장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 반응기체를 교번적으로 이송하는 반응기체이송장치(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, as shown in FIG. 1, a conventional thin film deposition apparatus includes a reactor body transfer device 1 for alternately transferring a plurality of reactor bodies, and a susceptor 3 on which a wafer 2 is seated. And a vacuum chamber 4 in which the susceptor 3 is accommodated so that the gas transferred from the gas transfer device 1 can be deposited on the wafer 2.

본 기체이송장치는 도 2에 도시된 바와 같이, NH3와 H2중 어느 하나의 기체소스인 제1반응기체 및 TaCl5의 고체소스를 승화시킨 반응기체와 Ta(OC2H5)5의 액체소스를 기화 시킨 반응기체인 제2반응기체와, 상기 반응기체를 이송 시키는 캐리어기체를 상기 진공챔버(4)에게로 이송 안내하는 다수개의 이송관(15)과, 상기 이송관(15) 내에 설치되어 있으며 상기 제1반응기체에게 여기에너지를 공급하여 플라즈마 현상을 이용하여 이온화 시키는 에너지공급부(20)와, 상기 이송관(15)에 설치되어 있으며 상기 에너지공급부(20)에서 여기된 플라즈마에 의해 이온화된 제1반응기체와 상기 제2반응기체를 교번적으로 상기 진공챔버(4)에게로 공급하여 상기 반도체 웨이퍼의 박막증착을 유도하는 밸브제어부(30)를 가지고 있다. 여기서, 상기 에너지공급부(20)는 소정의 고주파전원과 13.56MHz의 고주파에 의해서 상기 제1반응기체를 여기된 플라즈마 기체로 이온화 되도록 유도하는 플라즈마발생부이다.As shown in FIG. 2, the gas transfer apparatus includes a reaction gas obtained by subliming a solid source of TaCl 5 and a first reactive gas, which is a gas source of NH 3 and H 2 , and Ta (OC 2 H 5 ) 5 . A second reactor gas, which is a reactor gas in which a liquid source is vaporized, a plurality of transfer pipes 15 for guiding the carrier gas for transferring the reactor gas to the vacuum chamber 4, and installed in the transfer pipe 15 And an energy supply unit 20 for supplying excitation energy to the first reaction gas and ionizing the same by using a plasma phenomenon, and installed in the transfer pipe 15 and ionized by plasma excited by the energy supply unit 20. And a valve control unit 30 for supplying the first and second reactors to the vacuum chamber 4 alternately to induce thin film deposition of the semiconductor wafer. Here, the energy supply unit 20 is a plasma generation unit for inducing the first reaction gas to be ionized by the excited plasma gas by a predetermined high frequency power source and a high frequency of 13.56 MHz.

상기 밸브제어부(30)는 상기 플라즈마에 의해 이온화된 기체와 상기 제2반응기체를 교번적으로 공급하면서 이들 각각 제1 및 제2반응기체를 공급한 후에 캐리어기체를 공급하여 각 공정의 기체분위기를 클리닝 시키고, 상기 플라즈마에 의해 이온화된 기체와 상기 제2반응기체가 교번적으로 상기 진공챔버(4)에게 주입되도록 한 기체 이송용 캐리어기체를 함께 주입시킨다. 그리고 동시에 공급되는 기체가 상기 진공챔버(4) 내에서 일정한 압력으로 유지하도록 바이패스 시킨다.The valve control unit 30 alternately supplies the gas ionized by the plasma and the second reaction gas, supplies the first and second reaction gases, respectively, and then supplies the carrier gas to provide a gas atmosphere in each process. After cleaning, the gas transported with the gas ionized by the plasma and the second reaction gas are alternately injected into the vacuum chamber 4. At the same time, the gas supplied is bypassed 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 반응기체로 승화시키는 발열부(5)와, 발생된 반응기체를 일정한 양으로 제어하기 위한 유량제어부(6)와, 시간에 따라 발생된 반응기체를 진공챔버 또는 바이패스라인(P)으로 이송 시키기 위한 제1피딩밸브부(V1,V2,V3,V9,V11)(23)로 구성되어 있다. 이 때, 상기 발열부(5)는 TaCl5소스고체를 100-150 deg C 까지 가열하여 일정한 반응기체가 승화되도록 한다. 또한, 상기 바이패스라인은 상기 진공챔버(4)의 압력이 일정하게 유지되도록 일정한 기체량이 제어되도록 유량제어기(MFC 3)가 설치되어 있다. 여기서, 상기 용기(4')와 발열부(5)는 Ta를 포함한 고체소스를 소정의 온도로 가열하여 반응기체로 승화시키는 반응기체발생부로 통칭될 수 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 TaCl 5 , which is a reactant including Ta, to introduce a reactant into a reaction chamber; Is installed 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 TaCl 5 reactor body, and the flow control unit for controlling the generated reactor body in a certain amount (6) ) And a first feeding valve unit (V1, V2, V3, V9, V11) (23) for transferring the reaction medium generated over time to the vacuum chamber or the bypass line (P). At this time, the heat generating unit 5 heats the TaCl 5 source solids to 100-150 deg C so that a certain reactor sublimates. In addition, the bypass line is provided with a flow controller (MFC 3) so that a constant amount of gas is controlled to maintain a constant pressure of the vacuum chamber (4). Here, 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.

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.In addition, a purge valve unit (V4, V5, V13) (27) for supplying an inert gas, that is, N 2 and Ar, etc. in order to remove the reactant initially introduced after transferring the reactant to the vacuum chamber 4 from the vacuum chamber. Is composed. 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.

N를 포함하는 기체소스 즉 NH3의 기체소스를 일정하게 공급하기 위한 유량제어부(MFC 2)와, 상기 기체소스가 플라즈마 현상을 일으키도록 소정의 에너지 즉 일정 전원을 갖는 13.56MHz의 고주파로 상기 기체소스를 여기시켜 이온화를 유도하는 플라즈마발생부(7)와, 플라즈마발생부(7)로부터 여기된 기체소스 즉 NH3의 플라즈마에 의해 이온화된 기체를 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. 상기 제1피딩밸브부(V1,V2,V3,V9,V11)(23)와 상기 제2피딩밸브부(V6,V7,V8,V10)(25)와 상기 퍼지밸브부(V4,V5,V13)(27)는 상기 플라즈마발생부(7)의 플라즈마에 의해 이온화된 기체와 상기 반응기체발생부의 반응기체가 상기 챔버를 향하여 상호 교번적으로 공급되도록 하고, 상기 플라즈마에 의해 이온화된 기체와 상기 반응기체 중 어느 하나를 공급한 후에 클리닝기체를 순차적으로 공급하여 클리닝 시키는 밸브구동부(21)로 통칭될 수 있다.The flow rate control unit (MFC 2) for constantly supplying a gas source containing N, that is, a gas source of NH 3 , and the gas at a high frequency of 13.56MHz having a predetermined energy, that is, a constant power source so that the gas source causes a plasma phenomenon The plasma generator 7 which excites the source to induce ionization and the gas source excited from the plasma generator 7, ie, the gas ionized by the plasma of NH 3 , are discharged through the vacuum chamber or the bypass line P. The second feeding valve unit (V6, V7, V8, V10) 25 for sequentially conveying is composed of. At this time, the bypass line is provided with a flow controller (MFC 4) so that a constant amount is controlled. 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) (27) allows the gas ionized by the plasma of the plasma generating unit 7 and the reactor gas of the reactive gas generating unit to be alternately supplied toward the chamber, and reacts with the gas ionized by the plasma. After supplying any one of the gases it may be referred to collectively as the valve driving unit 21 for supplying and cleaning the cleaning gas sequentially.

여기서, 상기 제1피딩밸브부(V1,V2,V3,V9,V11)(23)와 상기 제2피딩밸브부(V6,V7,V8,V10)(25)와 상기 퍼지밸브부(V4,V5,V13)(27)는밸브제어부(미도시)에 의해서 제어되며, 즉, 상기 밸브제어부는 상기 제1피딩밸브부(23)를 제어하여 TaCl5의 반응기체를 상기 진공챔버(4)에게 공급한 후에 상기 퍼지밸브부를 제어하여 상기 N2와 Ar 등을 포함하는 불활성기체로 상기 진공챔버(4) 내부를 클리닝 시키고, 이후, 상기 제2피딩밸브부(25)를 제어하여 NH3의 플라즈마에 의해 이온화된 기체를 상기 진공챔버(4)에게 공급한 후에 상기 퍼지밸브부(27)를 제어하여 상기 N2와 Ar 등을 포함하는 불활성기체로 상기 진공챔버(4) 내부를 클리닝 시킨다. 상기 클리닝시의 기체는 캐리어기체이다. 결국, 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 반응기체 피딩, 불활성기체로 퍼지, NH3의 플라즈마로 이온화된 기체 피딩, 불활성기체로 퍼지로 이루어지는 사이클 단위로 동작하며, 상기 사이클은 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 반응기체 또는 NH3의 플라즈마에 의해 이온화된 기체가 피딩 되도록 캐리어기체를 동시에 공급하여 빠른 이송을 유도한다.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 reactive gas of TaCl 5 to the vacuum chamber 4. Afterwards, the purge valve unit is controlled to clean the inside of the vacuum chamber 4 with an inert gas including N 2 , Ar, and the like. Then, the second feeding valve unit 25 is controlled to the plasma of NH 3 . After the ionized gas 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. As a result, 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 unit. (V4, V5, V13) (27) is operated in cycle units consisting of the feed of TaCl 5 reactor gas, purge with an inert gas, ionized gas with NH 3 plasma, purge with an inert gas. The cycle can be repeated several times depending on the designed process. At this time, the valve control unit controls the first feeding valve unit (V1, V2, V3, V9, V11) 23 and the second feeding valve unit (V6, V7, V8, V10) 25 to TaCl The carrier gas is fed simultaneously so that the ionized gas is fed by the reactor gas of 5 or the plasma of NH 3 to induce rapid transfer.

한편, 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 반응기체는 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 기체 및 클리닝기체와 함께 사이클을 이루도록 연동된다.On the other hand, when a liquid containing Ta is used as a reactant, that is, a liquid source of Ta (OC 2 H 5 ) 5, the liquid containing Ta is extracted from the container 8 in which the reactant is stored by the pressurized gas and the liquid extracted by pressurizing at a constant pressure. A pressurized gas extraction section 9 for removing pressurized gas to convey only pure reaction liquid, a liquid flow controller 10 for controlling a constant amount of liquid source to be supplied, and a predetermined temperature for vaporizing the conveyed liquid. It consists of the evaporator 11 to heat. The reactor body derived from the evaporator 11 is connected to the aforementioned first feeding valve unit (V1, V2, V3, V9, V11) 23 and is led to a vacuum chamber or bypass line, and at the same time The two feeding valve unit 25 and the purge valve unit 27 is interlocked with the gas ionized by the plasma and the cleaning gas to form a cycle.

그리고, 상기 밸브제어부의 동작은 도 4a와 같이 이루어지며, 도 4a의 세로축은 제어기 V1 부터 V10을 Open/Close로 나타낸 것이고 가로축은 시간을 나타낸 것으로 각각 1부터 6 스텝으로 나타낸 것이다.And, the operation of the valve control unit is made as shown in Figure 4a, the vertical axis of Figure 4a is shown in the controller V1 to V10 Open / Close and the horizontal axis represents the time in 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 제2반응기체 및 클리닝기체가 각 스텝당 1피딩, 1퍼지 그리고 1피딩, 2퍼지가 시간에 따라 연속적으로 반복되는 고정사이클을 가진다. 특히 도 4a는 리모트 플라즈마를 계속적으로 ON/OFF하면서 공정을 진행하는 방법에 대한 것으로 리모트 플라즈마 발생 후 진공챔버에 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. Has a fixed cycle in which the first reaction gas, the second reaction gas, and the cleaning gas are repeated one feed, one purge, one feed, and two purge with each step continuously. In particular, FIG. 4A illustrates a method of proceeding a process while continuously turning on / off a remote plasma, and illustrates a case where the remote plasma is introduced into the vacuum chamber and the bypass flows.

즉, TaCl5의 고체소스가 승화된 반응기체와 Ta(OC2H5)5의 액체소스가 기화된 반응기체의 피딩(A)은 제1피딩밸브부(V1,V2,V3,V9,V11)(23)가 차단된 상태에서 V1밸브와 V3밸브가 개방되어 상기 반응기체를 공급하고, 퍼지밸브부(V4,V5,V13)(27)중 V5밸브의 개방에 따라 캐리어기체를 공급하여 상기 진공챔버에게로 이송되도록 한다. 이 때, 상기 V6밸브와 V8밸브가 개방되어 이송관에 일정한 압력이 유지되도록 바이패스 한다. 또한 캐리어 또는 클리닝기체 즉 N2와 Ar 등을 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 상태임.That is, the feeding (A) of the reactor body in which the solid source of TaCl 5 is sublimed and the reactor body in which the liquid source of Ta (OC 2 H 5 ) 5 is vaporized is provided in the first feeding valve unit (V1, V2, V3, V9, V11). V23 and V3 valves are opened in the state that 23) is blocked to supply the reactor 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 the vacuum chamber. At this time, the V6 valve and the V8 valve are opened to bypass the constant pressure in the transfer pipe. In addition, purge (A) of an inert gas including a carrier or a cleaning gas, such as N 2 and Ar, opens the V4 valve among the purge valve portions (V4, V5, V13) 27 to clean the feeding feed pipe on the V3 valve side. At this time, the pressure on the first feeding side is adjusted by opening (bypassing) the valves V2 and V9, and the pressure on the second feeding side is adjusted by opening (bypassing) the valves V6 and V8. Here, the V13 valve is open and the rest are blocked.

NH3의 플라즈마에 의해 이온화된 기체의 피딩(B)은 제2피딩밸브부(V6,V7,V8,V10)(25)가 차단된 상태에서 V6밸브와 V7밸브가 개방되어 플라즈마에 의해 이온화된 기체를 상기 진공챔버에게로 공급하고 퍼지밸브부(V4,V5,V13)(27) 중 V4밸브의 개방에 따라 캐리어기체를 공급하여 상기 진공챔버에게로 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.The feeding B of the gas ionized by the NH 3 plasma is ionized by the plasma by opening the V6 and V7 valves while the second feeding valve portions V6, V7, V8, and V10 25 are blocked. The gas is supplied to the vacuum chamber and the carrier gas is supplied to the vacuum chamber according to the opening of the V4 valve among the purge valve units V4, V5, and V13. 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 단위로 공정을 수행하면 설계에 따른 박막 두께를 조절할 수 있다. 이 때, 상기 한 사이클의 박막은 수 Å의 두께로 증착 된다.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.

도시 되지 않았지만 진공챔버 내의 웨이퍼에 Ta 박막을 증착 하기 위해서는 상기 기체이송장치의 NH3기체소스 대신에 질소(N)를 포함하지 않는 H2기체소스를 사용하여 상기 상술한 바와 같이 공정을 진행하면 된다.Although not shown, in order to deposit a Ta thin film on a wafer in a 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 진행 할 경우는 도 4b에 도시된 바와 같이 연속적으로 안정된 플라즈마를 유지하기 위해 에너지공급부 내의 압력을 일정하게 유지 할 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 to maintain a continuously stable plasma.

즉, TaCl5의 고체소스가 승화된 반응기체와 Ta(OC2H5)5의 액체소스가 기화된 반응기체의 피딩(A)은 제1피딩밸브부(V1,V2,V3,V9,V11)(23)가 차단된 상태에서 V1밸브와 V3밸브가 개방되어 상기 반응기체를 공급하고, 퍼지밸브부(V4,V5,V13)(27) 중 V5밸브의 개방에 따라 캐리어기체를 공급하여 상기 진공챔버(4)에게로 이송되도록 한다. 이 때, 상기 V6밸브와 V8밸브가 개방되어 이송관에 일정한 압력이 유지되도록 바이패스 한다. 또한 캐리어 또는 클리닝기체 즉 N2와 Ar 등을 포함하는 불활성기체의 퍼지(A)는 퍼지밸브부(V4,V5,V13) 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 상태임.That is, the feeding (A) of the reactor body in which the solid source of TaCl 5 is sublimed and the reactor body in which the liquid source of Ta (OC 2 H 5 ) 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 reactor gas, and the carrier gas is supplied according to the opening of the valve V5 among the purge valve parts V4, V5, and V13. To the vacuum chamber (4). At this time, the V6 valve and the V8 valve are opened to bypass the constant pressure in the transfer pipe. In addition, the purge (A) of the inert gas containing a carrier or a cleaning gas, such as N 2 and Ar, to open the V4 valve of the purge valve unit (V4, V5, V13) to clean the feeding feed pipe on the valve V3 side, At this time, the pressure on the first feeding side is adjusted by opening (bypassing) the valves V2 and V9, and the pressure on the second feeding side is adjusting by opening (bypassing) the valves V6 and V8. Here, the V13 valve is open and the rest are blocked.

NH3의 플라즈마에 의해 이온화된 기체의 피딩(B)은 제2피딩밸브부(V6,V7,V8,V10)(25)가 차단된 상태에서 V6밸브와 V7밸브가 개방되어플라즈마에 의해 이온화된 기체를 상기 진공챔버에게로 공급하고 퍼지밸브부(V4,V5,V13)(27) 중 V4밸브의 개방에 따라 캐리어기체를 공급하여 상기 진공챔버에게로 이송되도록 한다. 이 때, 상기 V2밸브와 V9밸브가 개방(바이패스)되어 이송관에 일정한 압력이 유지되도록 한다. 이후, 퍼지(B)는 퍼지밸브부(V4,V5,V13) 중 V5밸브를 개방하여 V7밸브 측의 피딩 이송관을 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 gas ionized by the plasma of NH 3 is the V6 valve and V7 valve is opened in the state that the second feeding valve section (V6, V7, V8, V10) (25) is blocked and ionized by the plasma The gas is supplied to the vacuum chamber and the carrier gas is supplied to the vacuum chamber according to the opening of the V4 valve among the purge valve units V4, V5, and V13. 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 to clean the feeding conveying pipe on the V7 valve side, and at this time, the V1 valve and the V2 valve are opened (bypassed) to remove the valve. 1 Adjust the pressure on the feeding side and open (bypass) the V6 and V8 valves 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 설계하어야 하는 장단점을 가지고 있다. 그리고, 상기 플라즈마를 계속적으로 유지할 경우는 퍼지시의 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 at the time of purge may be designed to be rather simple, 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 사이클 단위로 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 can deposit TaN & Ta thin films on the wafer in the vacuum chamber, and if the process is performed in one cycle unit as described above, the desired thin film thickness can be adjusted according to the design. 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 & 도 4b와 같이 시간에 따라 순차적으로 적용한 것이다. 이는 리모트 플라즈마에 의한 원자층 형성 공정에 의하여 증착 된 TaN 박막은 구리(Copper)등의 구리배선공정의 확산방벽으로 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& NH3그리고 TaCl5& H2를 각각 반응 물질로 사용하는 경우 H2& NH3는 리모트 플라즈마에 의해 이온화 한 후 여기된 기체를 이용하고 TaCl5는 고체 소스를 이용하여 고체소스 이송 기구를 통하여 반응실에 전달하며 원자층 형성공정에 의하여 각각 시간에 따라 연속적으로 이송한다.Therefore, NH 3 in the case of using the TaCl 5 in the reaction gas to write that for forming the TaN thin film, the gas excited by a remote plasma using NH 3, and TaCl5 solid sources are two reaction gas to be carried forward by the solid feed mechanism And inert gases are sequentially applied with time as shown in FIGS. 4A and 4B. This TaN thin film deposited by atomic layer formation process by remote plasma is used as diffusion barrier of copper wiring process such as copper, and the transfer gas is replaced with hydrogen to form remote plasma. When Ta is formed and transported, Ta thin film is formed, and the TaN & Ta thin film is used in the copper wiring diffusion barrier process and the high dielectric diffusion barrier process of the semiconductor process. When TaCl 5 & NH 3 and TaCl 5 & H 2 are used as reactants, H 2 & NH 3 is ionized by remote plasma and then excited gas and TaCl 5 is solid source It is transferred to the reaction chamber through and transported continuously over time by the atomic layer forming process.

본 발명은 산화막 형성 및 금속막 그리고 질화막 증착공정에서 이용되는 원자층 형성공정을 위한 반도체 박막증착장비에 이용되는 반응물질을 높은 열에너지 대신에 저온으로 공급 가능하게 하여 불순물 형성을 방지하기 때문에 리모트 플라즈마 방식에 의하여 여기된 에너지로 반응물질을 활성화시키고 이를 시간에 따라 연속적으로 반응용기에 주입함으로서 우수한 박막의 형성을 가능하게 할 수 있으며 특히 여기된 반응물질을 이용함에 따라 불순물의 생성억제 및 저온에서의 박막 형성이 가능함으로 수율이 향상되는 효과가 있다.The present invention enables the supply of reactants used in the semiconductor thin film deposition equipment for the atomic layer formation process used in the oxide film formation, metal film and nitride film deposition process at a low temperature instead of high thermal energy, thereby preventing impurities from being formed. By activating the reactants with the energy excited by and injecting them continuously into the reaction vessel over time, it is possible to form a good thin film, especially by using the excited reactants to suppress the generation of impurities and the thin film at low temperature Since the formation is possible, there is an effect that the yield is improved.

Claims (25)

제1반응기체 및 제2반응기체와 상기 반응기체를 이송 시키는 캐리어기체를 진공챔버 내에 공급하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치Gas transfer device of the atomic layer forming apparatus using a remote plasma supplying the first reaction gas, the second reaction gas and the carrier gas for transporting the reactor gas into the vacuum chamber 상기 제1 및 제2반응기체와 상기 캐리어기체를 개별적으로 이송하는 다수의 이송관과;A plurality of transfer tubes for individually transporting the first and second reactor gases and the carrier gas; 상기 이송관 내에 설치되어 있으며 상기 제1반응기체와 제2반응기체 중 어느 하나가 이온화 되도록 여기에너지를 공급하는 에너지공급부와;An energy supply unit installed in the transfer pipe and configured to supply excitation energy so that any one of the first and second reactors is ionized; 상기 에너지공급부에 의해서 여기된 하나의 반응기체와 여기되지 않은 다른 하나의 반응기체를 교번적으로 상기 챔버로 공급하여 반도체 웨이퍼에 박막증착을 유도하는 밸브제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치.And a valve control means for supplying one reactor body excited by the energy supply unit and another reactor body not excited to the chamber to induce thin film deposition on a semiconductor wafer. Gas transfer device of the atomic layer forming apparatus used. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 여기된 하나의 반응기체와 여기하지 않은 또 다른 하나의 반응기체는 시간에 따라 교번적으로 반응기에 주입하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치.The excited one and the other non-excited one of the reactor is a gas transfer device of the atomic layer forming apparatus using a remote plasma, characterized in that configured to be injected into the reactor alternately with time. 제1항에 있어서;The method of claim 1; 상기 에너지공급부는 상기 제1반응기체와 상기 제2반응기체 중 어느 하나가 이온화 되도록 플라즈마 현상을 유도하는 플라즈마발생부인 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치.The energy supply unit is a gas transfer device of the atomic layer forming apparatus using a remote plasma, characterized in that the plasma generating unit for inducing a plasma phenomenon so that any one of the first reaction gas and the second reaction gas is ionized. 제1항에 있어서;The method of claim 1; 상기 밸브제어수단은 여기된 하나의 반응기체 공급과, 여기되지 않은 다른 하나의 반응기체 공급 사이에 캐리어기체를 공급하여 클리닝 시키는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치.The valve control means is a gas transfer device of the atomic layer forming apparatus using a remote plasma, characterized in that for supplying and cleaning the carrier gas between the supply of the excited one and the other non-excited reactor supply. 진공챔버 내에 있는 웨이퍼에게 박막증착 시키는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치에 있어서;An atomic layer forming apparatus using a remote plasma for depositing a thin film on a wafer in a vacuum chamber; N과 H 중 어느 하나를 포함한 소스기체를 소정의 여기에너지로 이온화 되도록 플라즈마 현상을 유도하는 플라즈마발생부와;A plasma generator for inducing a plasma phenomenon to ionize a source gas including any one of N and H with a predetermined excitation energy; Ta를 포함한 소스고체를 소정의 온도로 가열하여 반응기체로 승화시키는 반응기체발생부와;A reactor body generator for heating the source solid including Ta to a predetermined temperature to sublimate the reactor body; 상기 플라즈마발생부의 플라즈마에 의해 이온화된 기체와 상기 반응기체발생부의 반응기체가 상기 챔버를 향하여 상호 교번적으로 공급되도록 하는 다수개의 밸브구동부와;A plurality of valve driving units configured to alternately supply the gas ionized by the plasma of the plasma generating unit and the reactive gas of the reactive gas generating unit toward the chamber; 상기 밸브구동부가 개별적으로 동작되도록 제어신호를 발생하는 밸브제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치.And a valve control unit for generating a control signal to operate the valve driving unit individually. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 여기된 반응기체는 NH3또는 H2를 이용하며, 상기 여기하지 않은 다른 하나의 반응기체는 TaCl5인 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치.The excited reactant is using NH 3 or H 2 , the other non-excited reactant is TaCl 5 gas transfer device of the atomic layer forming apparatus using a remote plasma. 제5항에 있어서;The method of claim 5; 상기 밸브구동부에는 상기 플라즈마에 의해 이온화된 기체와 상기 반응기체 중 어느 하나를 공급한 후에 클리닝기체를 공급하여 클리닝 시키는 클리닝기체발생부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치.The valve driving unit is provided with a cleaning gas generating unit for supplying and cleaning the cleaning gas after supplying any one of the gas ionized by the plasma and the reactive gas gas transfer of the atomic layer forming apparatus using a remote plasma Device. 제7항에 있어서;The method of claim 7; 상기 플라즈마발생부와 상기 반응기체발생부와 상기 클리닝기체발생부에서 각각 발생되는 기체는 상기 밸브구동부에 의해서 제어되며 그 공급 순서는 반응기체, 클리닝기체, 플라즈마에 의해 이온화된 기체, 클리닝기체로 이루어지는 사이클이 다수회 반복되는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치.Gases generated in the plasma generating unit, the reactive gas generating unit, and the cleaning gas generating unit are controlled by the valve driving unit, and the supply order is composed of a reactive gas, a cleaning gas, a gas ionized by plasma, and a cleaning gas. A gas transfer apparatus for an atomic layer forming apparatus using a remote plasma, characterized in that the cycle is repeated a plurality of times. 제8항에 있어서;The method of claim 8; 상기 클리닝기체는 아르곤과 질소를 포함하는 불활성기체 중 적어도 어느 하나이며, 이는 상기 반응기체와 상기 플라즈마에 의해 이온화된 기체를 상기 챔버에게 이송 시키는 캐리어기체인 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치.The cleaning gas is at least one of an inert gas containing argon and nitrogen, which is a carrier gas for transferring the gas ionized by the reactor gas and the plasma to the chamber. Gas transfer device of the device. 제8항에 있어서;The method of claim 8; 상기 사이클에 의해서 상기 웨이퍼의 표면에 수 Å의 두께를 갖는 박막이 균일하게 증착 되는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치.The gas transfer device of the atomic layer forming apparatus using a remote plasma, characterized in that a thin film having a thickness of several thicknesses is uniformly deposited on the surface of the wafer by the cycle. 제5항에 있어서;The method of claim 5; 상기 플라즈마발생부와 상기 반응기체발생부에는 각각 플라즈마에 의해 이온화된 기체와 반응기체가 일정하게 공급되도록 제어하는 유량제어부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치.And a flow rate controller for controlling the gas and the reactor ionized by the plasma to be uniformly supplied to the plasma generator and the reactor body generator, respectively. 제5항에 있어서;The method of claim 5; 상기 플라즈마발생부는 NH3와 H2중 어느 하나의 기체소스를 플라즈마 현상으로 유도하며, 상기 반응기체발생부는 TaCl5의 고체소스를 승화시킨 반응기체와 Ta(OC2H5)5의 액체소스를 기화 시킨 반응기체 중 어느 하나로 유도하는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치.The plasma generating unit induces a gas source of any one of NH 3 and H 2 into a plasma phenomenon, and the reactive gas generating unit generates a liquid source of Ta (OC 2 H 5 ) 5 and a reactive gas obtained by sublimating a solid source of TaCl 5 . A gas transfer device of an atomic layer forming apparatus using a remote plasma, characterized in that guided to any one of the vaporized reactor. 제12항에 있어서;The method of claim 12; 상기 반응기체 발생부는 TaCl5고체소스의 승화조건이 만족되는 100-150 deg C 까지 가열됨을 특징으로 하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치.The gas generation apparatus of the atomic layer forming apparatus using a remote plasma, characterized in that the heating unit is heated to 100-150 deg C, the sublimation conditions of the TaCl 5 solid source is satisfied. 제12항에 있어서;The method of claim 12; 상기 반응기체 발생부의 TaCl5기체소스에 상기 플라즈마발생부의 NH3와 H2기체소스 중 어느 하나를 합성하여 Ta와 TaN 중 어느 하나가 상기 웨이퍼에 증착 되도록 하는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치.An atomic layer using a remote plasma, characterized in that any one of Ta and TaN is deposited on the wafer by synthesizing any one of the NH 3 and H 2 gas source of the plasma generating unit to the TaCl 5 gas source of the reactor generation unit Gas transfer device of the forming apparatus. 제14항에 있어서;The method of claim 14; 상기 Ta는 고유전율공정의 확산장벽으로 이루어지며, 상기 TaN는 구리배선공정의 확산장벽으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치.The Ta is made of a diffusion barrier of the high dielectric constant process, the TaN is a gas transfer device of the atomic layer forming apparatus using a remote plasma, characterized in that made of a diffusion barrier of the copper wiring process. 제5항에 있어서;The method of claim 5; 상기 밸브구동부에는 상기 챔버로 공급되는 플라즈마에 의해 이온화된 기체와 반응기체가 일정한 압력을 유지하도록 한 바이패스수단이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치.And a bypass means in which the valve driving unit maintains a constant pressure between the gas ionized by the plasma supplied to the chamber and the reactor body, the gas transfer device of the atomic layer forming apparatus using the remote plasma. 제16항에 있어서;The method of claim 16; 상기 바이패스수단은 오리피스(orifice)와 메트링밸브(metering valve) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치.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). 제5항에 있어서;The method of claim 5; 상기 밸브구동부는,The valve driving unit, 상기 반응기체발생부의 반응기체를 상기 챔버의 웨이퍼에게 공급하는 제1피딩밸브부와;A first feeding valve unit for supplying a reactor body of the reactor body generating unit to a wafer of the chamber; 상기 플라즈마발생부의 플라즈마에 의해 이온화된 기체를 상기 챔버의 웨이퍼에게 공급하는 제2피딩밸브부와;A second feeding valve unit for supplying a gas ionized by the plasma of the plasma generating unit to a wafer of the chamber; 상기 제1피딩밸브부와 제2피딩밸브부에 의한 각각의 공급 후 클리닝기체를상기 챔버를 향하여 공급하는 퍼지밸브부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치.And a purge valve portion for supplying the cleaning gas after the supply by the first feeding valve portion and the second feeding valve portion toward the chamber. 제18항에 있어서;The method of claim 18; 상기 제1 피딩밸브부에 따른 상기 반응기체를 공급하면서 상기 퍼지밸브부에 의한 캐리어기체를 상기 챔버에게 공급되도록 제어하며;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; 상기 제2피딩밸브부에 따른 상기 플라즈마에 의해 이온화된 기체를 공급하면서 상기 퍼지밸브부에 의한 캐리어기체를 상기 챔버에게 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치.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. . 제19항에 있어서;The method of claim 19; 상기 제1피딩밸브부와 상기 퍼지밸브부에 의한 제1피딩일 경우,In case of the first feeding by the first feeding valve unit and the purge valve unit, 상기 TaCl5의 고체소스를 승화시킨 반응기체와 Ta(OC2H5)5의 액체소스를 기화 시킨 반응기체 중 어느 하나를 상기 챔버에게 공급하는 제1 피딩밸브부의 V1밸브 및 V3밸브와;A V1 valve and a V3 valve of a first feeding valve unit for supplying one of the reactor gas sublimated the solid source of TaCl 5 and the reactor gas vaporized the liquid source of Ta (OC 2 H 5 ) 5 to the chamber; 상기 불활성기체인 캐리어기체를 상기 반응기체와 함께 상기 챔버에게 공급하는 퍼지밸브부의 V5밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치.And a V5 valve of a purge valve unit for supplying the carrier gas, which is the inert gas, to the chamber together with the reactor gas. 제20항에 있어서;The method of claim 20; 상기 제1피딩밸브부에 의해서 제1피딩되면서 상기 제2피딩밸브부의 V6밸브와 V8밸브를 개방하여 일정한 압력을 유지하는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치.The gas transfer device of the atomic layer forming apparatus using a remote plasma, characterized in that the first feeding by the first feeding valve unit while maintaining a constant pressure by opening the V6 valve and V8 valve of the second feeding valve unit. 제19항에 있어서;The method of claim 19; 상기 제1피딩 이후에 상기 퍼지밸브부의 V4밸브를 개방하여 상기 챔버에게 클리어기체를 공급하는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치.The gas transfer device of the atomic layer forming apparatus using a remote plasma, characterized in that for supplying a clear gas to the chamber by opening the V4 valve of the purge valve unit after the first feeding. 제19항에 있어서;The method of claim 19; 상기 제2피딩밸브부와 상기 퍼지밸브부에 의한 제2피딩일 경우,In case of the second feeding by the second feeding valve unit and the purge valve unit, 상기 NH3와 H2중 어느 하나로부터 플라즈마에 의해 이온화된 기체를 상기 챔버에게 공급하는 제2피딩밸브부의 V6밸브 및 V7밸브와;A V6 valve and a V7 valve of a second feeding valve unit for supplying a gas ionized by plasma from any one of NH 3 and H 2 to the chamber; 상기 불활성기체인 캐리어기체를 상기 반응기체와 함께 상기 챔버에게 공급하는 퍼지밸브부의 V4밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치.And a V4 valve of a purge valve unit for supplying the carrier gas, which is the inert gas, to the chamber together with the reactor gas. 제23항에 있어서;The method of claim 23; 상기 제2피딩밸브부에 의해서 제2피딩되면서 상기 제1피딩밸브부의 V2밸브와 V9밸브를 개방하여 일정한 압력을 유지하는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치.And a second feeding by the second feeding valve unit to open a V2 valve and a V9 valve of the first feeding valve unit to maintain a constant pressure. 제24항에 있어서;The method of claim 24; 상기 제1피딩 이후에 상기 퍼지밸브부의 V5밸브를 개방하여 상기 챔버에게 클리어기체를 공급하는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마를 이용한 원자층 형성장치의 기체이송장치.The gas transfer device of the atomic layer forming apparatus using a remote plasma, characterized in that to supply a clear gas to the chamber by opening the V5 valve of the purge valve unit after the first feeding.
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