KR20040081884A - Apparatus for depositing an atomic layer - Google Patents

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황기현
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삼성전자주식회사
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Abstract

PURPOSE: An atomic deposition system is provided to reduce layout by connecting the first and the second atomic layer deposition modules to a couple of bubblers and an ozone generator. CONSTITUTION: The first and the second atomic layer deposition modules(110,120) are used for atomic layers on each surface of plural substrates. The first reaction gas supply parts are respectively connected to the first and the second atomic layer deposition modules in order to supply the first reaction gas to the first and the second atomic layer deposition modules. The second reaction gas supply parts are respectively connected to the first and the second atomic layer deposition modules in order to supply the second reaction gas to the first and the second atomic layer deposition modules.

Description

원자층 증착 장치{Apparatus for depositing an atomic layer}Apparatus for depositing an atomic layer

본 발명은 원자층 증착 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 펄스(pulse) 방식으로 반응 가스를 공급하여 반도체 기판 상에 원자층 박막을 증착하기 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an atomic layer deposition apparatus. More particularly, the present invention relates to an apparatus for depositing an atomic layer thin film on a semiconductor substrate by supplying a reaction gas in a pulse manner.

일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘웨이퍼 상에 전기적인 회로를 형성하는 팹(Fab) 공정과, 상기 팹 공정에서 형성된 반도체 장치들의 전기적인 특성을 검사하는 공정과, 상기 반도체 장치들을 각각 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 조립 공정을 통해 제조된다.In general, a semiconductor device includes a Fab process for forming an electrical circuit on a silicon wafer used as a semiconductor substrate, a process for inspecting electrical characteristics of the semiconductor devices formed in the fab process, and the semiconductor devices are epoxy It is manufactured through a package assembly process for encapsulating and individualizing with resin.

상기 팹 공정은 반도체 기판 상에 막을 형성하기 위한 증착 공정과, 상기 막을 평탄화하기 위한 화학적 기계적 연마 공정과, 상기 막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정과, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 막을 전기적인 특성을 갖는 패턴으로 형성하기 위한 식각 공정과, 반도체 기판의 소정 영역에 특정 이온을 주입하기 위한 이온 주입 공정과, 반도체 기판 상의 불순물을 제거하기 위한 세정 공정과, 상기 막 또는 패턴이 형성된 반도체 기판의 표면을 검사하기 위한 검사 공정 등을 포함한다.The fab process includes a deposition process for forming a film on a semiconductor substrate, a chemical mechanical polishing process for planarizing the film, a photolithography process for forming a photoresist pattern on the film, and the photoresist pattern. An etching process for forming the film into a pattern having electrical characteristics, an ion implantation process for implanting specific ions into a predetermined region of the semiconductor substrate, a cleaning process for removing impurities on the semiconductor substrate, and the film or pattern Inspection process for inspecting the surface of the formed semiconductor substrate;

상기 막 증착 공정은 반도체 기판 상에 다양한 막을 형성하는 공정으로, 화학 기상 증착 방법, 물리 기상 증착 방법 및 원자층 증착 방법이 있다. 최근, 반도체 기판의 집적도 향상에 따라 반도체 기판 상에 미세 패턴들을 형성하는 방법으로 원자층 증착 방법이 주목받고 있다. 원자층 증착 방법은 반응 가스를 펄스 방식으로 반도체 기판 상에 공급하여 원자층 단위로 목적하는 막을 증착하는 방법으로 통상의 박막 형성 방법보다 낮은 온도에서 증착 공정을 수행할 수 있고, 우수한 스텝 커버리지를 갖는 장점이 있다.The film deposition process is a process of forming various films on a semiconductor substrate, and there are a chemical vapor deposition method, a physical vapor deposition method, and an atomic layer deposition method. Recently, the atomic layer deposition method has attracted attention as a method of forming fine patterns on the semiconductor substrate in accordance with the improvement of the integration degree of the semiconductor substrate. The atomic layer deposition method is a method of depositing a desired film in atomic layer units by supplying a reaction gas on a semiconductor substrate in a pulsed manner, and can perform the deposition process at a lower temperature than a conventional thin film formation method, and has excellent step coverage. There is an advantage.

상기 원자층 증착 공정에 대한 일 예가 미합중국 특허 제6,124,158호에 개시되어 있다. 상기 미합중국 특허 제6,124,158호에 의하면, 제1반응 물질을 도입하여 반도체 기판의 표면 상에 반응시켜 반응종이 결합되는 모노층을 형성한다. 그리고, 제2반응 물질을 도입하여 상기 반도체 기판과 반응시켜 원하는 박막을 형성한다. 상기 각 단계들을 수행한 다음, 반응 챔버를 불활성 가스로 정화시켜 상기 표면 이외에서의 반응을 저지한다. 대체로, 상기 반응 물질 및 불활성 가스의 제공은 제조 장치의 유지 등과 같은 이유 때문에 동일한 압력 하에서 이루어진다.An example of such an atomic layer deposition process is disclosed in US Pat. No. 6,124,158. According to US Pat. No. 6,124,158, a first reactive material is introduced to react on the surface of a semiconductor substrate to form a monolayer to which reactive species are bound. Then, a second reactant is introduced to react with the semiconductor substrate to form a desired thin film. After each of these steps, the reaction chamber is purged with an inert gas to prevent reaction outside the surface. In general, the provision of the reactant and inert gas is made under the same pressure for reasons such as maintenance of the manufacturing apparatus.

그러나, 통상의 원자층 적층 기술 또한 원자층들의 상대적으로 낮은 성장률과 같은 이유 때문에 생산성이 낮다는 단점이 있다. 또한, 트래블링(traveling) 웨이브 타입의 반응기 등과 같은 통상적인 원자층 증착 반응기들의 반응 공간이 매우 협소하게 고안되기 때문에 반응 부산물 등의 정화를 위한 정화 체적을 축소시킨다. 또한, 통상적인 원자층 증착 반응기들은 한 장 또는 두 장의 웨이퍼들을 대상으로 공정이 이루어진다. 따라서, 통상의 원자층 증착 기술은 많은 제조물을 생산하기 위한 실제 공정 및 상업적 적용이 어려운 결함이 있다.However, conventional atomic layer deposition techniques also have the disadvantage of low productivity for reasons such as relatively low growth rates of atomic layers. In addition, since the reaction space of conventional atomic layer deposition reactors such as a traveling wave type reactor and the like is very narrowly designed, the purification volume for purification of reaction by-products and the like is reduced. In addition, conventional atomic layer deposition reactors process one or two wafers. Thus, conventional atomic layer deposition techniques suffer from deficiencies that are difficult to put into practice and commercial applications for producing many products.

최근, 상기 원자층 적층 공정의 생산성을 향상시키기 위한 몇몇 시도가 이루어지고 있다. 그 중 하나의 시도가 미합중국 특허 제6,042,652호에 개시되어 있다. 상기 미합중국 특허 제6,042,652호에 의하면, 원자층 적층 반응기는 다수의 모듈 또는 다수의 반응 공간(스테이지) 즉, 다수의 조립 모듈을 갖는 분할된 공간을 포함한다. 예를 들면, 하부 모듈이 상부 모듈 아래에 위치함으로서, 상기 모듈들 사이에 하나의 반응 공간을 생성하고, 각 반응 공간에 한 매의 반도체 기판을 수용한다.Recently, several attempts have been made to improve the productivity of the atomic layer deposition process. One attempt is disclosed in US Pat. No. 6,042,652. According to US Pat. No. 6,042,652, an atomic layer deposition reactor comprises a divided space having a plurality of modules or a plurality of reaction spaces (stages), ie a plurality of assembly modules. For example, the lower module is located below the upper module, thereby creating one reaction space between the modules and accommodating one semiconductor substrate in each reaction space.

그러나, 각 반응 공간(스테이지)이 협소하고, 서로 분할되어 있기 때문에, 상기 반응 공간(스테이지) 하나에 한 매의 기판이 도입된다. 따라서, 다수의 웨이퍼들을 로딩/언로딩하기 위한 웨이퍼 자동 이송 장치를 사용하는 것은 용이하지 않다. 때문에, 웨이퍼들을 로딩/언로딩하는데 상당히 많은 시간이 소요된다. 또한, 다수의 웨이퍼들을 대상으로 로딩 및 공정을 충분하게 수행하지 못한다.However, since each reaction space (stage) is narrow and divided from each other, one substrate is introduced into one reaction space (stage). Therefore, it is not easy to use a wafer automatic transfer device for loading / unloading a plurality of wafers. As a result, it takes quite a lot of time to load / unload wafers. In addition, loading and processing are not sufficient for a large number of wafers.

상기와 같은 문제점들을 개선하기 위한 일 예로써, 대한민국 공개특허 제2002-91743호에는 통상의 화학 기상 증착 공정에 사용되는 종형로와 유사한 수직형(vertical type)의 반응기가 개시되어 있다. 상기 수직형 반응기는 보트를 이용하여 다수의 기판들을 동시에 로딩하므로, 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있다.As an example for improving the above problems, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2002-91743 discloses a vertical type reactor similar to a vertical furnace used in a conventional chemical vapor deposition process. Since the vertical reactor loads a plurality of substrates at the same time by using a boat, it can solve the above problems.

상술한 바와 같은 배치 타입(batch type)의 원자층 증착 장치를 반도체 기판 상에 산화알루미늄(Al2O3) 박막을 형성하는 공정에 적용하는 경우를 살펴보면, 상기 원자층 증착 장치에는 상기 산화알루미늄 박막을 형성하기 위한 트리 메틸 알루미늄(TMA, Al(CH3)3) 가스 및 오존(O3) 가스를 공급하기 위한 제1 및 제2반응 가스 공급부가 각각 연결되어 있다.In the case of applying the above-described batch type atomic layer deposition apparatus to a process of forming an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) thin film on a semiconductor substrate, the atomic layer deposition apparatus includes the aluminum oxide thin film The first and second reaction gas supply parts for supplying trimethyl aluminum (TMA, Al (CH 3 ) 3 ) gas and ozone (O 3 ) gas for forming a gas are respectively connected.

최근, 반도체 장치의 양산 설비를 구축하는데 있어, 제조 라인의 레이 아웃(lay out)은 반도체 장치의 생산성 및 양산성에 큰 영향을 준다. 그러나, 상기와 같이 각각의 원자층 증착 장치에 제1 및 제2반응 가스 공급부를 연결하는 경우, 설치 공간에 제약이 발생하며, 반도체 장치의 생산성 및 양산성을 저하시키는 원인으로 작용한다.In recent years, in constructing a mass production facility of a semiconductor device, the layout of a manufacturing line greatly affects the productivity and mass productivity of the semiconductor device. However, when the first and second reactive gas supply units are connected to the respective atomic layer deposition apparatuses as described above, the installation space is restricted, and this causes a decrease in productivity and mass productivity of the semiconductor device.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반도체 기판 상에 원자층 박막을 형성하기 위한 원자층 증착 장치에 있어서, 설치 공간의 공간 사용 효율을 향상시킬 수 있는 원자층 증착 장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide an atomic layer deposition apparatus that can improve the space use efficiency of the installation space in the atomic layer deposition apparatus for forming an atomic layer thin film on a semiconductor substrate. .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram illustrating an atomic layer deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 원자층 증착 장치들을 설치한 일 예를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating an example in which the atomic layer deposition apparatuses illustrated in FIG. 1 are installed.

도 3은 도 1에 도시된 원자층 증착 장치에 적용되는 수직형 반응기를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for describing a vertical reactor applied to the atomic layer deposition apparatus shown in FIG. 1.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 원자층 증착 장치 110, 120 : 원자층 증착 모듈100: atomic layer deposition apparatus 110, 120: atomic layer deposition module

112, 122 : 카세트 유닛 114, 124 : 반응기112, 122: cassette units 114, 124: reactor

116, 126 : 버블러 118 : 이온 발생기116, 126: bubbler 118: ion generator

130, 132 : 작업 공간 140 : 142 : 컨트롤 유닛130, 132: working space 140: 142: control unit

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다수의 기판의 표면에 원자층 박막을 형성하기 위한 제1 및 제2원자층 증착 모듈과, 상기 제1 및 제2원자층 증착 모듈에 각각 연결되고, 상기 원자층 박막을 형성하기 위한 제1반응 가스를 상기 제1 및 제2원자층 증착 모듈에 각각 공급하기 위한 한 쌍의 제1반응 가스 공급부와, 상기 제1 및 제2원자층 증착 모듈과 연결되고, 상기 원자층 박막을 형성하기 위한 제2반응 가스를 공급하기 위한 제2반응 가스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치를 제공한다.The present invention for achieving the above object, the first and second atomic layer deposition module for forming an atomic layer thin film on the surface of a plurality of substrates, and the first and second atomic layer deposition module, respectively, A pair of first reaction gas supply units for supplying a first reaction gas for forming an atomic layer thin film to the first and second atomic layer deposition modules, and the first and second atomic layer deposition modules, And a second reaction gas supply part for supplying a second reaction gas for forming the atomic layer thin film.

상기 본 발명의 일 예로써, 상기 원자층 박막은 산화알루미늄 박막을 포함하며, 상기 제1 및 제2반응 가스는 각각 트리 메틸 알루미늄(TMA, Al(CH3)3) 가스 및 오존(O3) 가스를 포함한다. 상기 제2반응 가스 공급부는 오존 발생기(ozonizer)를 포함하며, 상기 제1 및 제2원자층 증착 모듈은 상기 오존 발생기의 양측에 각각 연결된다.As an example of the present invention, the atomic layer thin film includes an aluminum oxide thin film, and the first and second reaction gases are trimethyl aluminum (TMA, Al (CH 3 ) 3 ) gas and ozone (O 3) gas, respectively. It includes. The second reactive gas supply unit includes an ozonizer, and the first and second atomic layer deposition modules are connected to both sides of the ozone generator, respectively.

상기 제1 및 제2원자층 증착 모듈은 오존 발생기를 사이에 두고, 상기 오존 발생기를 공유함으로써, 원자층 증착 장치의 레이 아웃을 감소시킨다. 따라서, 반도체 장치의 제조 라인에서 원자층 증착 장치의 설치 공간이 감소되며, 이에 따라 반도체 장치의 생산성 및 양산성이 향상된다.The first and second atomic layer deposition modules share the ozone generator with an ozone generator in between, thereby reducing the layout of the atomic layer deposition apparatus. Therefore, the installation space of the atomic layer deposition apparatus in the manufacturing line of the semiconductor device is reduced, thereby improving the productivity and mass productivity of the semiconductor device.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 원자층 증착 장치들을 설치한 일 예를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.1 is a schematic diagram illustrating an atomic layer deposition apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of installing the atomic layer deposition apparatus illustrated in FIG. 1. to be.

도 1을 참조하면, 도시된 원자층 증착 장치(100)는 다수의 반도체 기판들 상에 산화알루미늄 박막을 원자층 증착 방법을 이용하여 형성하기 위한 제1원자층 증착 모듈(110)과 제2원자층 증착 모듈(120)을 갖는다.Referring to FIG. 1, the illustrated atomic layer deposition apparatus 100 includes a first atomic layer deposition module 110 and a second atom for forming an aluminum oxide thin film on a plurality of semiconductor substrates using an atomic layer deposition method. Has a layer deposition module 120.

제1 및 제2원자층 증착 모듈(110, 120)은 각각 다수의 반도체 기판들을 수용하기 위한 제1 및 제2카세트 유닛(112, 122)을 각각 갖는다. 각각의 카세트 유닛(112, 122)은 다양한 방법으로 구성될 수 있다. 예를 들면, 약 25매 정도의 반도체 기판들을 수납하기 위한 카세트를 수직 또는 수평 방향으로 적재할 수 있는 다층 스테이지 형식으로 구성될 수 있다.The first and second atomic layer deposition modules 110 and 120 have first and second cassette units 112 and 122, respectively, for receiving a plurality of semiconductor substrates. Each cassette unit 112, 122 can be configured in a variety of ways. For example, the cassette for accommodating about 25 semiconductor substrates may be configured in a multi-stage stage format that can be stacked in a vertical or horizontal direction.

또한, 제1 및 제2원자층 증착 모듈(110, 120)은 다수의 반도체 기판들에 대한 산화알루미늄 박막을 동시에 형성하기 위한 제1 및 제2수직형 반응기(114, 124)를 포함한다. 그러나, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 수평형 반응기와 같은 다양한 형태를 포함할 수 있다.In addition, the first and second atomic layer deposition modules 110 and 120 include first and second vertical reactors 114 and 124 for simultaneously forming aluminum oxide thin films for a plurality of semiconductor substrates. However, various forms such as a horizontal reactor may be included without departing from the gist of the present invention.

도시된 바에 의하면, 트리 메틸 알루미늄 가스를 공급하기 위한 한 쌍의 제1반응 가스 공급부가 제1 및 제2수직형 반응기(114, 124)에 각각 연결되어 있다. 상기 한 쌍의 제1반응 가스 공급부로는 통상의 버블러(116, 126)가 사용될 수 있으며, 트리 메틸 알루미늄 가스를 발생시키기 위한 캐리어 가스로는 질소 또는 아르곤 가스가 사용될 수 있다. 또한, 상기 질소 또는 아르곤 가스는 제1 및 제2수직형 반응기(114, 124) 내부를 정화하기 위한 퍼지 가스로 사용될 수 있다.As shown, a pair of first reaction gas supplies for supplying trimethyl aluminum gas are connected to the first and second vertical reactors 114 and 124, respectively. Conventional bubblers 116 and 126 may be used as the pair of first reaction gas supply units, and nitrogen or argon gas may be used as a carrier gas for generating trimethyl aluminum gas. In addition, the nitrogen or argon gas may be used as a purge gas for purifying the interior of the first and second vertical reactors 114 and 124.

제1 및 제2수직형 반응기(114, 124)는 각각 제1 및 제2카세트 유닛(112, 122)과 연결되어 있으며, 제1 및 제2카세트 유닛(112, 122) 사이에는 오존 가스를 공급하기 위한 제2반응 가스 공급부가 연결되어 있다. 여기서, 상기 제2반응 가스 공급부로는 통상의 오존 발생기(118)가 사용될 수 있다. 제1수직형 반응기(114)와 제1카세트 유닛(112)이 연결된 방향에 대하여 수직 방향으로 오존 발생기(118)가 제1카세트 유닛(112)에 연결되어 있고, 제2수직형 반응기(124) 및 제2카세트 유닛(122)은 제1수직형 반응기(114)와 제1카세트 유닛(112)에 대향하여 오존 발생기(118)에 연결되어 있다. 즉, 제1 및 제2원자층 증착 모듈(110, 120)은 하나의 오존 발생기(118)를 공유하는 구성을 갖는다. 따라서, 제1 및 제2원자층 증착 모듈(110, 120)은 서로 대향하는 구성을 갖는다.The first and second vertical reactors 114 and 124 are connected to the first and second cassette units 112 and 122, respectively, and supply ozone gas between the first and second cassette units 112 and 122, respectively. The second reaction gas supply unit is connected. Here, a conventional ozone generator 118 may be used as the second reaction gas supply unit. The ozone generator 118 is connected to the first cassette unit 112 in a direction perpendicular to the direction in which the first vertical reactor 114 and the first cassette unit 112 are connected, and the second vertical reactor 124. And the second cassette unit 122 is connected to the ozone generator 118 opposite the first vertical reactor 114 and the first cassette unit 112. That is, the first and second atomic layer deposition modules 110 and 120 have a configuration in which one ozone generator 118 is shared. Thus, the first and second atomic layer deposition modules 110 and 120 have a configuration opposite to each other.

상술한 바와 같이 오존 발생기(118)를 제1 및 제2원자층 증착 모듈(110, 120)이 공유함으로써, 원자층 증착 장치(100)의 전체적인 레이 아웃을 감소시킬 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 원자층 증착 장치(110)들을 클린룸과 같은 설비 공간에 배치시킴으로써 원자층 증착 장치(100)의 설비 공간이 감소되고, 이에 따라 반도체 장치의 생산성 및 양산성이 향상될 수 있다.As described above, by sharing the ozone generator 118 with the first and second atomic layer deposition modules 110 and 120, the overall layout of the atomic layer deposition apparatus 100 may be reduced. As shown in FIG. 2, by arranging the plurality of atomic layer deposition apparatuses 110 in a facility space such as a clean room, the facility space of the atomic layer deposition device 100 is reduced, and thus the productivity and mass productivity of the semiconductor device are reduced. Can be improved.

한편, 제1 및 제2수직형 반응기(114, 124)를 기준으로 제1 및 제2카세트 유닛(112, 122)과 대향하여 원자층 증착 장치(100)의 주기적인 예방 정비 및 보수를 위한 제1 및 제2작업 공간(130, 132)이 각각 배치되며, 제1 및 제2작업 공간(130, 132)을 중심으로 제1 및 제2원자층 증착 모듈(110, 120)에 대향하여 원자층 증착 장치(100)의 동작을 제어하고, 원자층 증착 장치(100)에 요구되는 전원을 인가하기 위한 제1 및 제2컨트롤 유닛(140, 142)이 각각 배치된다.On the other hand, the first and second vertical reactors (114, 124) with respect to the first and second cassette units (112, 122) against the periodic preventive maintenance and repair of the atomic layer deposition apparatus 100 The first and second working spaces 130 and 132 are disposed, respectively, and the atomic layer facing the first and second atomic layer deposition modules 110 and 120 around the first and second working spaces 130 and 132. First and second control units 140 and 142 for controlling the operation of the deposition apparatus 100 and applying power required for the atomic layer deposition apparatus 100 are disposed, respectively.

또한, 상술한 제1 및 제2원자층 증착 모듈(110, 120)은 상기 구성 요소들을 서로 연결하는 전원 라인 및 가스 라인들을 더 포함하며, 이들을 개폐할 수 있는 다양한 제어 스위치들 및 제어 밸브들을 더 포함한다.In addition, the above-described first and second atomic layer deposition modules 110 and 120 further include power lines and gas lines connecting the components to each other, and further include various control switches and control valves capable of opening and closing them. Include.

도 3은 도 1에 도시된 원자층 증착 장치에 적용되는 수직형 반응기를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for describing a vertical reactor applied to the atomic layer deposition apparatus shown in FIG. 1.

도 3을 참조하면, 도시된 수직형 반응기(300)는 통상의 화학 기상 증착 장치의 종형로의 형상과 유사하다. 수직형 반응기(300)는 반응 공간을 제공하기 위한 반응 챔버(310)와 다수의 반도체 기판(10)들을 적재하고, 상기 다수의 반도체 기판(10)들을 반응 챔버(310)로 로딩 및 반응 챔버로부터 언로딩시키기 위한 보트(320)를 포함한다.Referring to Figure 3, the vertical reactor 300 shown is similar in shape to the longitudinal furnace of a conventional chemical vapor deposition apparatus. The vertical reactor 300 loads the reaction chamber 310 and the plurality of semiconductor substrates 10 to provide a reaction space, and loads the plurality of semiconductor substrates 10 into the reaction chamber 310 and from the reaction chamber. Boat 320 for unloading.

보트(320)에는 약 120매 정도의 반도체 기판(10)들이 적재되며, 보트(320)는 반응 챔버(310)의 하부에서 상측으로 이동하여 반응 챔버(310)와 결합함으로써 다수의 반도체 기판(10)들을 반응 챔버(310) 내부로 로딩한다. 이와 반대로, 반응 챔버(310)에 대하여 하측으로 이동하여 다수의 반도체 기판(10)들을 반응 챔버(310)로부터 언로딩시킨다. 보트(320)에 적재된 다수의 반도체 기판(10)들은 원자층 박막을 형성하기 위한 공정 표면이 최상측이 되도록 적재된다. 여기서, 반응 챔버(310) 내부를 가열하기 위한 수직형 히터(미도시)와 같은 부수적인 부재들이 더 포함될 수 있다.About 120 semiconductor substrates 10 are loaded in the boat 320, and the boat 320 moves upward from the bottom of the reaction chamber 310 to be coupled with the reaction chamber 310 to form a plurality of semiconductor substrates 10. ) Are loaded into the reaction chamber 310. On the contrary, the semiconductor substrate 10 is unloaded from the reaction chamber 310 by moving downward with respect to the reaction chamber 310. The plurality of semiconductor substrates 10 loaded on the boat 320 are loaded so that the process surface for forming the atomic layer thin film is at the top. Here, additional members such as a vertical heater (not shown) for heating the inside of the reaction chamber 310 may be further included.

상기 보트(320)는 석영 또는 통상의 다른 재질로 형성되는 전형적인 보트가 사용될 수 있다. 상기 보트(320)는 그 내부에 다수의 반도체 기판(10)들을 각각 적재하기 위한 다수의 홈들을 갖는다.The boat 320 may be a typical boat formed of quartz or other conventional materials. The boat 320 has a plurality of grooves for loading the plurality of semiconductor substrates 10 therein, respectively.

제1 및 제2반응 가스는 반응 챔버(310)의 일측에 연결된 도입부(312)를 통해 반응 챔버(310) 내부로 도입되며, 도시된 화살표에 따라 플로우되며, 배기 라인(314)을 통해 반응 챔버(310)로부터 배출된다. 상기 배기 라인(314)에는 반응 챔버(310)의 내부 압력을 제어하기 위한 압력 제어 밸브(316) 및 진공 펌프(318)가 연결되어 있다. 그러나, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위에서, 도시된 수직형 반응기와 다른 형상 및 구성을 갖는 반응기가 본 발명의 원자층 증착 장치에 적용될 수도 있다.The first and second reaction gases are introduced into the reaction chamber 310 through an inlet 312 connected to one side of the reaction chamber 310, flow in accordance with the arrows shown, and through the exhaust line 314. Ejected from 310. The exhaust line 314 is connected with a pressure control valve 316 and a vacuum pump 318 for controlling the internal pressure of the reaction chamber 310. However, within the scope not departing from the spirit of the present invention, a reactor having a shape and configuration different from that of the vertical reactor shown may be applied to the atomic layer deposition apparatus of the present invention.

상기와 같은 원자층 증착 장치를 사용하여 다수의 반도체 기판들의 표면에 산화알루미늄 박막을 증착하는 공정을 설명하면 다음과 같다.A process of depositing an aluminum oxide thin film on the surface of a plurality of semiconductor substrates using the atomic layer deposition apparatus as described above is as follows.

먼저, 다수의 반도체 기판(10)들을 보트(320)에 적재한 후 보트(320)를 상승시켜 다수의 반도체 기판(10)들을 반응 챔버(310)의 내부로 로딩한다.First, the plurality of semiconductor substrates 10 are loaded into the boat 320 and then the boat 320 is raised to load the plurality of semiconductor substrates 10 into the reaction chamber 310.

이어서, 반응 챔버(310)의 내부를 기 설정된 반응 온도로 형성하고,도입부(312)를 통해 반응 챔버(310)의 내부로 트리 메틸 알루미늄(TMA, Al(CH3)3) 가스를 공급한다. 트리 메틸 알루미늄 가스는 통상의 버블링 방식으로 형성되며, 질소 또는 아르곤 가스를 캐리어 가스로 하여 반응 챔버(310)로 공급된다. 반응 챔버(310)로 공급된 트리 메틸 알루미늄 가스는 반도체 기판(10)들의 상부 표면에 트리 메틸 알루미늄을 화학적으로 흡착시킨다.Subsequently, the inside of the reaction chamber 310 is formed at a predetermined reaction temperature, and trimethyl aluminum (TMA, Al (CH 3 ) 3 ) gas is supplied to the inside of the reaction chamber 310 through the introduction part 312. Trimethyl aluminum gas is formed in a conventional bubbling manner, and is supplied to the reaction chamber 310 using nitrogen or argon gas as a carrier gas. The tri methyl aluminum gas supplied to the reaction chamber 310 chemically adsorbs tri methyl aluminum on the upper surface of the semiconductor substrates 10.

제1퍼지 가스로 질소 가스를 공급하고 진공 펌프(318)를 작동시켜 반도체 기판(10)들 표면에 물리적으로 흡착된 트리 메틸 알루미늄을 반응 챔버(310)로부터 제거한다.Nitrogen gas is supplied to the first purge gas and a vacuum pump 318 is operated to remove trimethyl aluminum physically adsorbed on the surfaces of the semiconductor substrates 10 from the reaction chamber 310.

트리 메틸 알루미늄 단일 원자층이 형성된 반도체 기판(10)들 상에 오존 가스를 공급하여 반도체 기판(10)들 상에 산화 알루미늄 박막을 형성시킨다.An ozone gas is supplied onto the semiconductor substrates 10 on which the trimethyl aluminum single atomic layer is formed to form an aluminum oxide thin film on the semiconductor substrates 10.

제2퍼지 가스로 질소 가스를 공급하여 반응 부산물을 제거하여 반도체 기판(10)들 상에 단일 원자층 산화 알루미늄 박막을 형성한다.Nitrogen gas is supplied to the second purge gas to remove reaction by-products to form a single atomic layer aluminum oxide thin film on the semiconductor substrates 10.

상기와 같이 반응 가스를 펄스 방식으로 공급하여 단일 원자층 산화 알루미늄 박막을 형성하는 공정을 반복적으로 수행하여 목적하는 두께를 갖는 산화 알루미늄 박막을 형성할 수 있다.As described above, the process of repeatedly supplying the reaction gas in a pulsed manner to form a single atomic layer aluminum oxide thin film may form an aluminum oxide thin film having a desired thickness.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 각각 다수의 반도체 기판들에 대한 원자층 증착 공정을 수행하기 위한 제1 및 제2원자층 증착 모듈은 트리 메틸 알루미늄을 공급하기 위한 한 쌍의 버블러와 각각 연결되며, 하나의 오존 발생기와 연결된다.즉, 제1 및 제2원자층 증착 모듈은 상기 오존 발생기를 서로 공유함으로써, 원자층 증착 장치의 레이 아웃을 감소시킨다. 따라서, 반도체 장치의 제조 설비 공간의 효율적인 사용이 가능해지며, 이로 인해 반도체 장치의 생산성 및 양산성이 향상된다.According to the present invention as described above, each of the first and second atomic layer deposition modules for performing an atomic layer deposition process for a plurality of semiconductor substrates are each connected with a pair of bubblers for supplying trimethyl aluminum, respectively That is, the first and second atomic layer deposition modules share the ozone generator with each other, thereby reducing the layout of the atomic layer deposition apparatus. Therefore, efficient use of the manufacturing facility space of the semiconductor device is enabled, thereby improving the productivity and mass productivity of the semiconductor device.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

Claims (6)

다수의 기판의 표면에 원자층 박막을 형성하기 위한 제1 및 제2원자층 증착 모듈;First and second atomic layer deposition modules for forming an atomic layer thin film on surfaces of a plurality of substrates; 상기 제1 및 제2원자층 증착 모듈에 각각 연결되고, 상기 원자층 박막을 형성하기 위한 제1반응 가스를 상기 제1 및 제2원자층 증착 모듈에 각각 공급하기 위한 한 쌍의 제1반응 가스 공급부; 및A pair of first reaction gases connected to the first and second atomic layer deposition modules, respectively, for supplying a first reaction gas for forming the atomic layer thin film to the first and second atomic layer deposition modules, respectively. Supply unit; And 상기 제1 및 제2원자층 증착 모듈과 연결되고, 상기 원자층 박막을 형성하기 위한 제2반응 가스를 공급하기 위한 제2반응 가스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.And a second reactive gas supply unit connected to the first and second atomic layer deposition modules and configured to supply a second reactive gas for forming the atomic layer thin film. 제1항에 있어서, 상기 원자층 박막은 산화알루미늄(Al2O3) 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.The atomic layer deposition apparatus of claim 1, wherein the atomic layer thin film comprises an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) thin film. 제1항에 있어서, 상기 제1반응 가스는 트리 메틸 알루미늄(TMA, Al(CH3)3) 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.The atomic layer deposition apparatus of claim 1, wherein the first reaction gas comprises trimethyl aluminum (TMA, Al (CH 3 ) 3 ) gas. 제1항에 있어서, 상기 제2반응 가스는 오존(O3) 가스를 포함하며, 상기 제2반응 가스 공급부는 오존 발생기(ozonizer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층증착 장치.The atomic layer deposition apparatus of claim 1, wherein the second reaction gas comprises an ozone (O 3) gas, and the second reaction gas supply unit comprises an ozone generator. 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2원자층 증착 모듈은 상기 오존 발생기의 양측에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.The atomic layer deposition apparatus of claim 4, wherein the first and second atomic layer deposition modules are connected to both sides of the ozone generator, respectively. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2원자층 증착 모듈은, 다수의 기판들을 수용하기 위한 카세트 유닛과, 상기 다수의 기판들을 적재하기 위한 보트를 갖고 상기 보트에 적재된 다수의 기판들에 대한 원자층 증착 공정을 동시에 수행하기 위한 수직형 반응기를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.The plurality of substrates of claim 1, wherein the first and second atomic layer deposition modules comprise a cassette unit for receiving a plurality of substrates and a boat for loading the plurality of substrates. An atomic layer deposition apparatus comprising a vertical reactor for performing the atomic layer deposition process for each.
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