KR20040101639A - injector for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An injector for semiconductor fabrication is provided to reduce remarkably the contamination in an injector due to different gas materials mixed with each other and to improve the uniformity of a thin film by separating structurally different gas materials from each other. CONSTITUTION: An injector includes a plurality of gas inlet lines(222,224,226,228), a plurality of inner paths(152,154,156,158), and a plurality of nozzles(162,164,166,168). Each gas inlet line includes one end exposed to the outside through one surface of a chamber and the other end inserted into the chamber. Each inner path is connected with the other end of each gas inlet. Each nozzle is spaced apart from a wafer and connected with the inner path through a backside of an injector.

Description

반도체 제조용 인젝터{injector for manufacturing semiconductor device}Injector for semiconductor manufacturing

본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 원자층증착방법으로 웨이퍼(wafer)의 상면에 박막을 증착하는 원자층증착(ALD : Atomic Layer Deposition) 프로세스 모듈(process module)의 챔버(chamber)에 설치되는 인젝터(injector)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly, to a chamber of an atomic layer deposition (ALD) process module for depositing a thin film on an upper surface of a wafer by an atomic layer deposition method. It is related to the injector (injector) installed in).

근래에 들어 과학이 발달함에 따라 새로운 물질의 개발 및 처리를 가능하게 하는 신소재 분야가 급속도로 발전하였고, 이러한 신소재 분야의 개발 성과물은 반도체 산업의 비약적인 발전 원동력이 되고 있다.In recent years, with the development of science, the field of new materials, which enables the development and processing of new materials, has been rapidly developed, and the development results of these materials are driving the development of the semiconductor industry.

반도체 소자란, 기판인 웨이퍼(wafer) 상면에 수 차례에 걸친 박막의 증착 및 이의 패터닝(patterning) 등의 처리공정을 통해 구현되는 고밀도 집적회로(LSI: Large Scale Integration)로서, 이러한 박막의 증착 및 패터닝 등의 반도체 제조공정은 통상 내부에 웨이퍼가 안착되는 밀폐된 반응영역을 정의하는 챔버가 포함된 프로세스 모듈(process module)에서 이루어지는 것이 일반적이다.A semiconductor device is a large scale integration (LSI) that is realized through a process of depositing and patterning a plurality of thin films on a wafer, which is a substrate, and depositing such thin films. Semiconductor manufacturing processes, such as patterning, are typically performed in a process module that includes a chamber defining a closed reaction area within which a wafer is seated.

이러한 반도체 제조용 프로세스 모듈은 각각 목적하는 공정에 따라 다양한 형태를 가지고 있지만, 공통적으로 도 1에 도시한 바와 같이 내부에 웨이퍼(wafer)가 안착되는 밀폐된 반응영역을 정의하는 챔버(chamber)(20)와, 이 챔버(20) 내에서 진행되는 반도체 제조공정에 필요한 기체물질을 저장하는 가스저장부(40)를 포함하고 있다.Each of the semiconductor manufacturing process modules has various forms according to a desired process, but as shown in FIG. 1, a chamber 20 defining a sealed reaction region in which a wafer is seated therein is commonly shown in FIG. 1. And a gas storage unit 40 for storing gaseous materials necessary for the semiconductor manufacturing process that is performed in the chamber 20.

이에 챔버(20)는 전술한 가스저장장치와 연결되는 유입관(22)과, 내부의 잔류 기체물질을 배출하는 배출관(24) 및 이의 말단에 부설된 펌프(P) 등의 감압 수단을 포함하는 바, 먼저 챔버(20)의 내부로 웨이퍼가 인입된 후 밀폐되면 배출관(24)의 말단에 부설된 펌프(P) 등의 감압 수단을 통해 챔버(20) 내부 압력을 조절하고, 이 후 유입관(22)을 통해 챔버(20) 내로 공급되는 기체물질의 화학반응을 통해 웨이퍼를 가공하게 된다.The chamber 20 includes an inlet pipe 22 connected to the above-described gas storage device, a discharge pipe 24 for discharging the residual gaseous material therein, and a decompression means such as a pump P installed at an end thereof. Bar, first, after the wafer is introduced into the chamber 20 and closed, the pressure inside the chamber 20 is adjusted through a pressure-reducing means such as a pump P installed at the end of the discharge tube 24, and then the inflow pipe The wafer is processed through the chemical reaction of the gaseous material supplied into the chamber 20 through the 22.

한편 기체물질의 화학반응을 통해 웨이퍼 상면에 박막을 증착하는 방법의 하나로 에이엘디(ALD : Atomic Layer Deposition 이하 ALD 라 한다.) 방법이라 약칭되는 원자층증착방법이 개발된 바 있는데, 이는 고순도의 박막을 구현할 수 있음과 동시에 균일도(uniformity) 및 스텝커버리지(step coverage) 특성이 우수한 박막을 구현할 수 있는 장점을 가지고 있어 현재 반도체 제조공정에서 널리 사용되고 있다.On the other hand, as a method of depositing a thin film on the upper surface of a wafer through a chemical reaction of gaseous material, an atomic layer deposition method has been developed, which is abbreviated as ALD (ALD: Atomic Layer Deposition), which is a high purity thin film. In addition, the present invention is widely used in the semiconductor manufacturing process because it has the advantage of realizing a thin film having excellent uniformity and step coverage characteristics.

원자층증착방법은 둘 이상의 기체물질 간에 화학반응을 이용한다는 점에서 일반적인 화학기상증착방법(CVD : Chemical Vapour Deposition)과 유사하다 할 수 있으나, 일반적인 화학기상증착방법이 통상 웨이퍼가 존재하는 반응영역 내로 다수의 기체물질을 동시에 유입시켜 이의 반응생성물을 웨이퍼 상방에서 표면으로 쌓여 증착시키는 것과는 달리, 기체물질 간의 화학반응 위치를 웨이퍼 표면에만 한정시킨다는 점에서 큰 차이가 있다.The atomic layer deposition method is similar to the general chemical vapor deposition method (CVD) in that a chemical reaction between two or more gaseous materials is used, but a general chemical vapor deposition method is generally used in a reaction zone where a wafer exists. Unlike the simultaneous inflow of multiple gaseous materials and the deposition of their reaction products onto the surface from above the wafer, there is a big difference in that the chemical reaction position between the gaseous materials is limited only to the wafer surface.

이에 피 증착 대상물인 웨이퍼가 존재하는 반응영역의 내부로 다수의 소스가스를 각각 순차적으로 유입함과 동시에 각각의 기체물질의 유입단계 전 후로 챔버의 내부 잔류 기체물질을 제거하는 퍼지(purge) 공정이 필수적으로 요구되는 바, 전술한 가스저장부(40)는 각각 제 1 소스가스를 저장하는 제 1 소스가스저장부(42)와, 제 1 퍼지가스를 저장하는 제 1 퍼지가스 저장부(44)와, 제 2 소스가스를 저장하는 제 2 소스물질저장부(46) 및 제 2 퍼지가스를 저장하는 제 2 퍼지가스 저장부(48)로 각각 구분된다.Therefore, a purge process is performed in which a plurality of source gases are sequentially introduced into the reaction zone in which the wafer to be deposited is located, and at the same time, the residual gaseous materials in the chamber are removed before and after each gaseous inflow step. As necessary, the gas storage unit 40 described above includes a first source gas storage unit 42 storing a first source gas, and a first purge gas storage unit 44 storing a first purge gas, respectively. And a second source material storage unit 46 for storing the second source gas and a second purge gas storage unit 48 for storing the second purge gas.

이에 각각의 소스가스(S1, S2)와 퍼지가스(P1, P2)가 번갈아 가면서 순차적으로 챔버(20) 내로 유입되어 웨이퍼 상면에 매우 얇은 두께의 박막을 증착하고, 이러한 과정을 수 회 내지 수천회 반복하여 원하는 두께의 박막을 증착하게 된다.The source gases S1 and S2 and the purge gases P1 and P2 are alternately introduced into the chamber 20 in order to deposit a thin film having a very thin thickness on the upper surface of the wafer. It is repeated to deposit a thin film of the desired thickness.

이때 이러한 각각의 가스물질이 챔버(20) 내에서 웨이퍼로 분사되는 방법은 몇 가지로 구분될 수 있는데, 도 2 와 도 3은 이중 대표적인 예를 설명하기 위한 개념도로서, 본 발명과 관계없는 부분은 삭제하여 간단하게 표시하였지만 후술하는 기체물질의 웨이퍼로의 분사는 밀폐된 반응영역인 챔버 내에서 이루어짐은 당연한 사실일 것이다.At this time, each of the gas material is injected into the wafer in the chamber 20 can be divided into several ways, Figures 2 and 3 is a conceptual diagram for explaining a representative example, the part not related to the present invention Although briefly shown, it will be apparent that the injection of the gaseous material to the wafer, which will be described later, is performed in a chamber which is a closed reaction region.

먼저 도 2는 일반적으로 샤워헤드(shower head) 방법이라 불리는 가스분사 방식을 도시한 것으로, 이는 먼저 챔버의 내부에 설치되는 척(30)의 상면에 웨이퍼(1)를 수평하게 안착시킨 후 이의 직 상부에 설치되는 인젝터(26)를 통해 기체물질을 분사하는 방식을 사용하고 있다.First, FIG. 2 illustrates a gas injection method, which is generally called a shower head method. First, the wafer 1 is horizontally seated on the upper surface of the chuck 30 installed in the chamber, and then it is directly connected. It uses a method of injecting a gaseous material through the injector 26 installed on the top.

이때 유입관(22)을 통해 챔버 내로 유입되는 제 1 및 제 2 소스가스(S1, S2)와, 제 1 및 제 2 퍼지 가스(P1, P2)는 각각 동일한 하나의 유입관(22) 및 인젝터(26)를 경유하여 순차적으로 분사되는 바, 특히 인젝터(26)는 웨이퍼(1)의 직상부에 서로 평행하게 배열된 상태로 웨이퍼(1)의 상단에서 하단으로 기체물질을 분사하도록 구성되어 있다.In this case, the first and second source gases S1 and S2 and the first and second purge gases P1 and P2 introduced into the chamber through the inlet pipe 22 are the same inlet pipe 22 and the injector, respectively. Injected sequentially via 26, in particular, the injector 26 is configured to inject a gaseous material from the top to the bottom of the wafer 1 in a state arranged in parallel with each other directly on top of the wafer (1). .

이러한 샤워헤드 방식의 기체물질의 분사방법은 일반적으로 가장 널리 사용되는 방법 중 하나이지만, 챔버의 내부 전면적으로 기체물질이 확산됨에 따라 제 1 또는 제 2 소스가스(S1 또는 S2)가 분사된 후 각각 후속되는 퍼지공정에 장시간이 요구되는 문제점을 가지는 바, 이러한 공정시간의 연장은 생산성이 낮은 원자층증착방법에 있어서 치명적인 단점으로 작용하게 된다.The showerhead method of spraying the gaseous material is generally one of the most widely used method, but after the first or the second source gas (S1 or S2) is injected as the gaseous material is diffused throughout the inside of the chamber, respectively Since there is a problem that a long time is required for the subsequent purge process, the prolongation of the process time is a fatal disadvantage in the low productivity atomic layer deposition method.

또한 하나의 유입관(22) 및 이에 연결된 인젝터(26)를 공유하여 다수의 기체물질을 순차적으로 주입함에 따라 각각의 퍼지 공정이 충분히 이루어지지 않을 경우에 유입관(22) 및 인젝터(26)의 내부에는 소스가스가 잔류할 수 있고, 이와 같이 전 단계의 공정에서 사용된 소스가스가 잔류한 상태로 타 소스가스가 챔버의 내부에 공급될 경우 이들은 결국 기상에서 반응하여 반응생성물을 웨이퍼에 쌓게 하는 화학기상증착방법을 행하게 되는 바, 원자층증착방법을 통해 구현하고자 하는 고순도 등의 우수한 특성을 가지는 박막을 얻기가 힘들게 된다.In addition, the inlet tube 22 and the injector 26 connected thereto are shared with each other to sequentially inject a plurality of gaseous substances, so that the respective purge processes are insufficient. Source gas may remain inside, and when other source gas is supplied into the chamber while the source gas used in the previous step remains, they eventually react in the gas phase to accumulate reaction products on the wafer. Since the chemical vapor deposition method is performed, it is difficult to obtain a thin film having excellent characteristics such as high purity to be implemented through the atomic layer deposition method.

또한 챔버의 내부 전 면적에 기체물질이 확산됨에 따라 잦은 세정작업이 요구되고 이에 프로세스 모듈의 수명을 단축시키는 문제점을 가지고 있다.In addition, as the gaseous substances are diffused in the entire interior of the chamber, frequent cleaning operations are required, thereby reducing the life of the process module.

이에 도 3은 통상 라미나 플로우(laminar flow) 방식이라 불리는 가스분사방법을 도시한 것으로, 이는 먼저 웨이퍼(1)와 평행하게 배열되는버퍼플레이트(buffer plate)(50)를 구비하여 기체물질이 웨이퍼에 집중될 수 있도록 확산영역을 정의한 후, 이러한 버퍼플레이트(50)와 웨이퍼(1) 사이공간으로 일 측방에서 각각 제 1 소스가스(S1)와, 제 1 퍼지가스(P1)와, 제 2 소스가스(S2)와, 제 2 퍼지가스(P2)를 순차적으로 유입하는 방법이다.3 illustrates a gas injection method commonly referred to as a laminar flow method, which first includes a buffer plate 50 arranged in parallel with the wafer 1 so that a gaseous material is disposed on the wafer. After defining the diffusion region so as to be concentrated on the surface, the first source gas S1, the first purge gas P1, and the second source are spaced between the buffer plate 50 and the wafer 1 on one side, respectively. The gas S2 and the second purge gas P2 are sequentially introduced.

이러한 라미나 플로우 방식의 기체물질 분사방법은 퍼지시간을 다소 단축시킴과 동시에 보다 순수한 박막을 구현할 수 있는 등의 장점을 가지고 있는 반면에, 측면에서 웨이퍼(1) 상면을 횡단하도록 분사되는 기체물질의 압력에 의해 웨이퍼(1) 상에 흡착된 기체물질 또는 박막이 탈착되기 쉬워 생산성이 저하되는 문제점을 가지고 있다.The lamina flow method of spraying the gaseous material has the advantage of shortening the purge time and at the same time realizing a purer thin film, while the side of the gaseous material sprayed to cross the upper surface of the wafer 1 from the side. The gas material or the thin film adsorbed on the wafer 1 is easily desorbed due to the pressure, which has a problem in that the productivity is lowered.

또한 이러한 라미나 플로우 방식 또한 순차적으로 유입되는 각각의 기체물질이 동일 경로를 통해 공급됨에 따라, 전술한 샤워헤드 방식의 기체분사방법과 동일하게 박막의 오염 가능성을 가지고 있다.In addition, such a lamina flow method also has the possibility of contamination of the thin film as the gas injection method of the showerhead method as the respective gaseous material is sequentially supplied through the same path.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 각 소스물질의 유입시 발생되는 기상에서의 반응을 억제하여 고순도의 박막을 구현할 수 있는, 보다 개선된 인젝터를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide an improved injector, which can implement a thin film of high purity by suppressing the reaction in the gas phase generated when each source material is introduced.

도 1은 일반적인 에이엘디 프로세스 모듈의 개략구조도1 is a schematic structural diagram of a general AL process module

도 2 와 도 3은 각각 일반적인 에이엘디 프로세스 모듈의 가스분사방법을 설명하기 위한 개념도2 and 3 are each a conceptual diagram for explaining a gas injection method of a general ld process module

도 4는 본 발명에 따른 인젝터가 부설된 에이엘디 프로세스 모듈의 개략 단면도4 is a schematic cross-sectional view of an ADL process module mounted with an injector according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 인젝터 만을 한정하여 도시한 사시도Figure 5 is a perspective view showing only the injector in accordance with the present invention

도 6은 본 발명에 따른 인젝터의 저면도6 is a bottom view of the injector according to the invention.

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

100 : 챔버 120 : 척100: chamber 120: chuck

150 : 인젝터 152, 154, 156, 158 : 유로150: injector 152, 154, 156, 158: euro

162, 164, 166, 168 : 노즐 200 : 가스저장부162, 164, 166, 168: nozzle 200: gas storage unit

222 : 제 1 소스가스유입관 224 : 제 2 소스가스유입관222: first source gas inlet pipe 224: second source gas inlet pipe

226 : 제 3 소스가스유입관 228 : 제 4 소스가스유입관226: third source gas inlet pipe 228: fourth source gas inlet pipe

232 : 제 1 퍼지가스유입관 234 : 제 2 퍼지가스유입관232: first purge gas inlet pipe 234: second purge gas inlet pipe

236 : 제 3 퍼지가스유입관 238 : 제 4 퍼지가스유입관236: third purge gas inlet pipe 238: fourth purge gas inlet pipe

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 내부에 웨이퍼가 안착되는반응영역을 가지는 챔버에 설치되어, 외부로부터 유입되는 기체물질을 상기 웨이퍼로 분사하는 인젝터로서, 상기 챔버의 일면을 관통하여 외부로 노출된 일단과 상기 챔버의 내부로 삽입되는 타단을 각각 가지는 다수의 가스 유입관과; 상기 인젝터의 내면에 각각 서로 구분되도록 형성되고, 상기 다수의 유입관의 타 끝단이 각각 연결되는 다수의 내부유로와; 상기 웨이퍼와 일정 간격 이격되어 대응되는 상기 인젝터의 저면을 각각 관통하여 상기 각각의 유로와 연결되는 다수의 노즐을 포함하는 인젝터를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is installed in a chamber having a reaction zone in which a wafer is seated therein, and is an injector for injecting gaseous material introduced from the outside into the wafer, and penetrates one surface of the chamber to the outside. A plurality of gas inlet pipes each having one end exposed to the other end and the other end inserted into the chamber; A plurality of internal passages formed on the inner surface of the injector so as to be distinguished from each other, and connected to the other ends of the plurality of inflow pipes, respectively; The present invention provides an injector including a plurality of nozzles connected to the respective flow paths, respectively, penetrating the bottom surface of the injector spaced apart from the wafer at a predetermined interval.

특히, 상기 다수의 가스 유입관 타단에는 각각 퍼지가스와 서로 다른 종류의 소스가스가 공급되어, 상기 소스가스 중 선택된 하나와 퍼지가스를 번갈아 상기 웨이퍼로 분사할 수 있도록 구성되며, 상기 다수의 유로는 각각 중심으로부터 점점 직경이 커지도록 동일 평면상에 배열된 다수의 동심원 형상인 것을 특징으로 하는 바, 이하 본 발명에 대한 올바른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Particularly, the other ends of the plurality of gas inlet pipes are supplied with a purge gas and a different type of source gas, so that the selected one of the source gases and the purge gas can be alternately sprayed onto the wafer. Each of the plurality of concentric circles arranged on the same plane so as to gradually increase in diameter from the center, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 따른 다성분계 물질을 증착하기 위하여 사용될 수 있는 인젝터(150)가 부설된 원자층증착 프로세스 모듈의 개략적인 단면도로서, 예시로서 4개의 소스가스를 챔버(100) 내부로 유입시킬 수 있는 상태를 도시하였다. 도시한 바와 같이, 본 발명의 원자층증착 프로세스 모듈은 내부에 웨이퍼(wafer)가 안착되는 반응영역을 가지는 챔버(chamber)(100)와, 상기 챔버(100)의 내부에서 진행되는 반도체 제조공정에 필요한 기체물질을 저장하는 가스 저장부(200)로 구분될 수 있다.4 is a schematic cross-sectional view of an atomic layer deposition process module in which an injector 150 is installed that can be used to deposit a multi-component material according to the present invention. As an example, four source gases may be introduced into the chamber 100. State that can be shown. As shown, the atomic layer deposition process module of the present invention is a chamber 100 having a reaction region in which a wafer is seated therein, and a semiconductor manufacturing process proceeding in the chamber 100. It may be divided into a gas storage unit 200 for storing the required gaseous material.

이때 가스 저장부(200)는 서로 다른 종류의 기체 상태의 소스 물질을 각각 저장하는 제 1 소스물질 저장부(202)와, 제 2 소스물질 저장부(204)와, 제 3 소스물질 저장부(204) 및 제 4 소스물질 저장부(208)로 구분될 수 있으며, 불활성 기체를 저장하는 제 1 퍼지가스 저장부(212), 제 2 퍼지가스 저장부(214), 제 3 퍼지가스 저장부(216) 및 제 4 퍼지가스 저장부(218)로 구분될 수 있다. 이러한 각각의 가스물질이 공급되는 챔버(100)는 내부의 잔류 기체물질을 배출하는 배출관(124) 및 이의 말단에 부설된 펌프(P) 등의 감압 수단을 포함하고 있다.In this case, the gas storage unit 200 may include a first source material storage unit 202, a second source material storage unit 204, and a third source material storage unit respectively storing different kinds of gaseous source materials. 204 and the fourth source material storage unit 208, and may include a first purge gas storage unit 212, a second purge gas storage unit 214, and a third purge gas storage unit which store an inert gas ( 216 and the fourth purge gas storage unit 218. The chamber 100 to which each of these gaseous substances is supplied includes a pressure reducing means such as a discharge pipe 124 for discharging residual gaseous substances therein and a pump P installed at an end thereof.

또한 챔버(100)의 내부에는 웨이퍼(1)를 지지하는 척(130)이 부설되어 있는데, 이러한 챔버(100)에는 본 발명에 따른 인젝터(150)가 설치되어 외부로부터 유입되는 각각의 기체물질을 웨이퍼(1)로 분사하는 바, 이는 바람직하게는 웨이퍼(1)의 직상부에서 평행하게 배열되는 샤워헤드 방식의 인젝터(150)인 것을 특징으로 한다. 본 발명이 이에 한정되지는 않지만, 상기 인젝터(150)를 샤워헤드 방식으로 설치하는 경우 그 직경은 대략 상기 웨이퍼(1) 직경의 1/3 내지 1/2로 함으로써, 퍼지를 용이하게 할 수 있다.In addition, the chamber 100 is provided with a chuck 130 for supporting the wafer 1. The chamber 100 is provided with an injector 150 according to the present invention, and the respective gaseous substances introduced from the outside are provided. It is sprayed onto the wafer 1, which is characterized in that it is preferably a showerhead type injector 150 arranged in parallel on the top of the wafer 1. Although the present invention is not limited thereto, when the injector 150 is installed in a showerhead method, the diameter of the injector 150 may be approximately 1/3 to 1/2 of the diameter of the wafer 1, thereby facilitating purging. .

이때 이러한 본 발명에 따른 인젝터(1500)의 상단은 각각 제 1 소스가스 저장부(202)와 연결되는 제 1 소스가스 유입관(222)과, 제 2 소스가스 저장부(204)와 연결되는 제 2 소스가스 유입관(224)과, 제 3 소스가스 저장부(206)와 연결되는 제 3 소스가스 유입관(226)과 제 4 소스가스 저장부(208)와 연결되는 제 4 소스가스 유입관(228)이 독립적으로 설치된다. 즉 상기 제 1 소스가스 유입관 내지 제 4 소스가스유입관(222, 224, 226, 228)의 일단은 각각의 소스가스 저장부(202, 204, 206, 208)에 연결되고, 타단은 각각 독립적으로 인젝터(150)의 상단에 소정의 영역으로 연결된다.In this case, the upper end of the injector 1500 according to the present invention may include a first source gas inlet pipe 222 connected to the first source gas storage unit 202 and a second source gas storage unit 204, respectively. The second source gas inlet pipe 224 and the third source gas inlet pipe 226 connected to the third source gas storage part 206 and the fourth source gas inlet pipe connected to the fourth source gas storage part 208. 228 is installed independently. That is, one end of the first source gas inlet pipe to the fourth source gas inlet pipe (222, 224, 226, 228) is connected to each source gas storage unit (202, 204, 206, 208), the other end is independent The upper part of the injector 150 is connected to a predetermined area.

특히 상기 인젝터(150) 인근에서 상기 제 1 내지 제 4 소스가스 유입관(222, 224, 226, 228)은 각각 분기되어 퍼지가스유입관(232, 234, 236, 238)이 연결될 수 있다. 즉, 도시한 바와 같이 제 1 소스가스 유입관(222)에는 제 1 퍼지가스유입관(232)이, 제 2 소스가스 유입관(224)에는 제 2 퍼지가스유입관(234)이, 제 3 소스가스 유입관(226)에는 제 3 퍼지가스유입관(236)이, 제 4 소스가스 유입관(228)에는 제 4 퍼지가스유입관(238)으로 연결되어 있음을 알 수 있다.In particular, the first to fourth source gas inlet pipes 222, 224, 226, and 228 may be branched to the purge gas inlet pipes 232, 234, 236, and 238, respectively, in the vicinity of the injector 150. That is, as illustrated, the first purge gas inlet pipe 232 is provided in the first source gas inlet pipe 222, and the second purge gas inlet pipe 234 is provided in the second source gas inlet pipe 224. It can be seen that the third purge gas inlet pipe 236 is connected to the source gas inlet pipe 226, and the fourth purge gas inlet pipe 238 is connected to the fourth source gas inlet pipe 228.

이와 같이 일단이 대응되는 소스가스 유입관(222, 224, 226, 228)과 연결되는 상기 퍼지가스유입관(232, 234, 236, 238)의 타단은 각각 퍼지가스 저장부(212, 214, 216, 218)와 연결된다.As such, the other ends of the purge gas inlet pipes 232, 234, 236, and 238 connected to the source gas inlet pipes 222, 224, 226, and 228 corresponding to one end thereof are respectively purged gas storage units 212, 214, and 216. , 218).

결국, 본 발명의 가스 유입관의 구성은 일반적인 샤워헤드 방식의 인젝터가 하나의 유입관을 공유하는 것과 달리 반도체 제조공정에 사용되는 기체물질의 종류에 따라 이와 동수(同數)로 구비되는 것이다.After all, the configuration of the gas inlet pipe of the present invention is provided with the same number according to the type of gaseous material used in the semiconductor manufacturing process, unlike the common showerhead type injector share a single inlet pipe.

또한 이와 같이 각각의 소스가스 유입관(222, 224, 226, 228) 및 퍼지가스유입관(232, 234, 236, 238)을 통하여 인젝터(1500)의 내부로 유입된 제 1 내지 제 4 소스가스(S1, S2, S3, S4)와 제 1 내지 제 4 퍼지가스(P1, P2, P3, 4)는 각각 순차적으로 챔버(100)의 내부 웨이퍼(1)를 향해 분사되는데, 이때 본 발명에서는 각각의 가스물질에 서로 다른 독립적인 분사경로를 부여하는 것을 특징으로 한다.In addition, the first to fourth source gases introduced into the injector 1500 through the respective source gas inlet pipes 222, 224, 226, and 228 and the purge gas inlet pipes 232, 234, 236, and 238. (S1, S2, S3, S4) and the first to fourth purge gases (P1, P2, P3, 4) are respectively sequentially sprayed toward the internal wafer 1 of the chamber 100, wherein in the present invention It is characterized in that to give different independent injection paths to the gaseous material.

즉, 본 발명에 따른 인젝터의 일부 평면도를 도시한 도 5와, 이의 저면도인 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 인젝터(150)의 내면에는 각각 링 형상으로 중심으로부터 가장자리로 갈수록 큰 직경을 가지도록 동심원 형상을 가지고 동일평면상에 배열되는 제 1 내지 제 4 유로(152, 154, 156, 158)가 설치되어 있으며, 이들 각 유로(152, 154, 156, 158)에는 전술한 제 1 내지 제 4 소스가스유입관(222, 224, 226, 228)이 인젝터의 상면(150a)으로 각각 삽입됨으로써 서로 다른 기체물질이 유입된다.That is, referring to Figure 5 showing a partial plan view of the injector according to the present invention, and Figure 6, which is a bottom view thereof, the inner surface of the injector 150 according to the present invention each has a ring-shaped larger diameter from the center to the edge The first to fourth flow paths 152, 154, 156, and 158 are arranged concentrically and arranged on the same plane so as to have each of them. Each of the flow paths 152, 154, 156, and 158 is described above. The fourth source gas inlet pipes 222, 224, 226, and 228 are respectively inserted into the upper surface 150a of the injector, so that different gaseous substances are introduced.

또한, 이와 같이 상기 유로(152, 154, 156, 158)에 삽입된 제 1 내지 제 4 소스가스 유입관(222, 224, 226, 228)의 최단부에는 그 하단의 웨이퍼(1)를 향하여 인젝터의 저면(150b)을 관통하는 다수의 제 1 내지 제 4 노즐(162, 164, 166, 168)이 설치되어 있는 바, 이에 의하여 각각의 기체물질을 서로 다른 경로를 통하여 챔버 내로 유입, 확산되는 것이다.In addition, the injector toward the wafer 1 at the lower end of the first to fourth source gas inlet pipes 222, 224, 226, and 228 inserted into the flow paths 152, 154, 156, and 158 as described above. A plurality of first to fourth nozzles 162, 164, 166, and 168 penetrating the bottom surface 150b of the bar are installed, whereby each gaseous material is introduced into and diffused through the chamber through different paths. .

다시 말해서, 본 발명에 따른 인젝터(150)는 그 내면에 서로 공간적으로 구분되는 다수의 유로가 설치되어 있고, 이들 각각의 유로는 웨이퍼 방향으로 관통된 다수의 노즐에 의해 각각 외부와 노출된 상태에서, 이들 각각의 유로에 서로 다른 기체물질을 공급하는 다수의 유입관을 포함하고 있어, 결국 각 유입관을 통해 유입된 기체물질을 독립적인 이동경로를 가지고 챔버 내에 분사될 수 있게 된다.In other words, the injector 150 according to the present invention is provided with a plurality of flow paths that are spatially separated from each other on its inner surface, and each of these flow paths are respectively exposed to the outside by a plurality of nozzles penetrating in the wafer direction. It includes a plurality of inlet pipes for supplying different gaseous material to each of these flow paths, so that the gaseous material introduced through each inlet pipe can be injected into the chamber with an independent movement path.

이때 바람직하게는 다수의 유로는 3개 이상이 구비되는 것이 유리한데, 통상의 원자층증착 공정에서 사용되는 가스물질이 3종 이상이므로 이들을 각각 분리하기 위한 것으로, 특히 공정 중에 사용되는 퍼지가스의 종류가 틀릴 경우에 도시한 바와 같이 제 1 내지 제 4 유로(202, 204, 206, 208)가 설치될 수 있는 바, 이러한 유로의 수는 목적에 따라 자유로이 증감될 수 있다. 특히, 본 발명에서는 상기 제 1 내지 제 4 소스가스 유입관(222, 224, 226, 228)을 통하여 특정의 소스가 유입되는 경우, 유입되는 소스가스와 연결되는 퍼지가스유입관은 Off 상태로 하고, 유입되는 소스가스를 제외한 나머지 소스가스 유입관과 연결되는 퍼지가스유입관은 On 상태로 조정하여 오염을 방지하고 소스가 웨이퍼 상면으로 균일하게 접촉될 수 있도록 함으로써, 유입되는 소스가 웨이퍼의 상면으로 원자층흡착을 용이하게 진행시킬 수 있도록 하는 것이 특히 바람직하다.At this time, it is preferable that a plurality of flow paths are advantageously provided with three or more. Since three or more kinds of gaseous substances are used in a conventional atomic layer deposition process, they are separated from each other, and in particular, the type of purge gas used during the process. As shown in FIG. 2, the first to fourth flow paths 202, 204, 206, and 208 may be installed, and the number of these flow paths may be freely increased or decreased depending on the purpose. In particular, in the present invention, when a specific source is introduced through the first to fourth source gas inlet pipes (222, 224, 226, 228), the purge gas inlet pipe connected to the incoming source gas is turned off In addition, the purge gas inlet pipe connected to the remaining source gas inlet pipe except the incoming source gas may be adjusted to the on state to prevent contamination and the source may be brought into uniform contact with the upper surface of the wafer. It is especially preferable to make it easy to advance atomic layer adsorption.

결국, 본 발명에 따르는 다수의 유로(162, 164, 166, 168)가 인젝터(150)의 내면에서 서로 독립적으로 설치되기 위해서, 중심으로부터 가장자리로 갈수록 직경이 커지도록 동일 평면상에 배열되는 동심원형상을 각각의 유로에 부여하여 공간적인 효율을 극대화하는 것으로, 이들 각 유로에는 이와 동수로 구비되는 소스가스 유입관(222, 224, 226, 228)의 말단이 각각 삽입된 상태에서 웨이퍼를 향해 인젝터의 저면을 관통하는 다수의 노즐(162, 164, 166, 168)을 가지고 있으므로 가스 저장부(200)에서 공급되는 수종의 기체물질은 서로 섞이지 않고 독립적으로 분사될 수 있다.As a result, in order for the plurality of flow paths 162, 164, 166, and 168 according to the present invention to be installed independently of each other on the inner surface of the injector 150, concentric circles arranged on the same plane so as to increase in diameter from the center to the edges. To maximize the spatial efficiency of each of the flow paths, the end of the source gas inlet pipe (222, 224, 226, 228) provided in the same number in each of the flow paths of the injector toward the wafer, respectively Since there are a plurality of nozzles 162, 164, 166, and 168 penetrating the bottom surface, several kinds of gaseous materials supplied from the gas storage unit 200 may be injected independently without mixing with each other.

따라서 일반적인 인젝터에서 빈번하게 관찰되는 소스물질 간의 혼합현상은 본 발명에 따른 인젝터(150)에서는 발생될 수 없게 된다.Therefore, the mixing phenomenon between the source materials frequently observed in the general injector cannot be generated in the injector 150 according to the present invention.

이에 전술한 본 발명에 따른 인젝터(150)가 설치된 원자층증착 프로세스 모듈의 구동을 도 4내지 도 6을 참조하여 설명하면, 먼저 챔버(100)의 내부로 웨이퍼(1)가 인입된 후 밀폐되면 배출관(124)의 말단에 부설된 펌프(P) 등의 감압 수단을 통해 챔버(100) 내부 압력을 조절하고, 이 후 제 1 단계로 제 1 소스가스 유입관(222)을 통해 공급된 제 1 소스물질(S1)이 인젝터(200)의 제 4 유로(158)를 경유하여 제 4 노즐(168)로 웨이퍼를 향해 분사된다. 이 경우 상기 제 1 소스가스 유입관(222)과 일단이 연결된 제 1 퍼지가스유입관(232)을 제외한 나머지 퍼지가스유입관(234, 236, 238)을 통하여 퍼지가스(P2, P3, P4)를 유입시켜 챔버(100) 내부의 오염을 방지하고 상기 제 1 소스가스(S1)가 웨이퍼(1) 상면으로 균일하게 접촉할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.4 to 6, the driving of the atomic layer deposition process module having the injector 150 according to the present invention described above is described with reference to FIGS. 4 to 6, when the wafer 1 is first introduced into the chamber 100 and then sealed. The pressure inside the chamber 100 is regulated through a decompression means such as a pump P installed at the end of the discharge pipe 124, and then, the first source is supplied through the first source gas inlet pipe 222 in a first step. The source material S1 is injected toward the wafer by the fourth nozzle 168 via the fourth flow path 158 of the injector 200. In this case, the purge gas (P2, P3, P4) through the remaining purge gas inlet pipes 234, 236, 238 except for the first purge gas inlet pipe 232 connected to one end of the first source gas inlet pipe (222). In order to prevent contamination of the interior of the chamber 100 and to allow the first source gas S1 to uniformly contact the upper surface of the wafer 1.

이후 제 2 단계로 상기 제 1 소스가스 유입관(222)과 일단이 연결되는 제 1 퍼지가스유입관(232)을 통하여 제 1 퍼지가스(P1)가 상기 제 1 소스가스(S1)와 동일하게 인젝터 내면의 제 4 유로(158) 및 그 저면에 형성된 제 4 노즐(168)을 경유하여 챔버(100) 내부로 분사되어 잔류하는 제 1 소스가스(S1)를 제거하는 제 1 퍼지단계가 실시된다.Thereafter, in the second step, the first purge gas P1 is identical to the first source gas S1 through the first purge gas inlet pipe 232 having one end connected to the first source gas inlet pipe 222. A first purge step is performed to remove the first source gas S1 that is injected into the chamber 100 via the fourth flow path 158 on the inner surface of the injector and the fourth nozzle 168 formed on the bottom surface of the injector. .

이후 제 2 소스가스 유입관(224)과 인젝터(150) 내면의 제 2 유로(154) 및 그 저면의 제 2 노즐(164)을 경유한 제 2 소스가스(S2)와, 상기 제 2 소스가스 유입관(224)과 일단이 연결되는 제 2 퍼지가스유입관(234)과 상기 제 2 유로(154) 및제 2 노즐(164)을 경유한 제 2 퍼지가스(P2)가, 제 3 소스가스 유입관(226)을 통하여 인젝터(150)에 형성된 제 1 유로(152) 및 제 1 노즐(162)을 경유하여 제 3 소스가스(S3)와, 상기 제 3 소스가스 유입관(226)과 일단이 연결된 제 3 퍼지가스유입관(236)을 통하여 제 1 유로(152) 및 제 1 노즐(162)을 경유하여 제 3 퍼지가스(P3)가, 제 4 소스가 유입관(228) 및 그와 연결되는 인젝터(150)에 형성된 제 3 유로(156) 및 제 3 노즐(166)을 통하여 제 4 소스가스(S4)와, 상기 제 4 소스가스 유입관(228)과 일단이 연결된 제 4 퍼지가스유입관(238) 및 상기 제 3 유로(156) 및 제 3 노즐(166)을 통하여 제 4 퍼지가스(P4)가 순차적으로 챔버(100) 내부고 공급되어 원자층증착 방법의 1 주기를 구성하게 된다.After that, the second source gas S2 via the second source gas inlet pipe 224, the second flow path 154 on the inner surface of the injector 150, and the second nozzle 164 on the bottom surface thereof, and the second source gas. The second purge gas inlet pipe 234, one end of which is connected to the inlet pipe 224, and the second purge gas P2 via the second flow path 154 and the second nozzle 164 enter the third source gas. The third source gas S3 and the third source gas inlet pipe 226 and one end thereof are connected to each other via the first flow path 152 and the first nozzle 162 formed in the injector 150 through the pipe 226. The third purge gas P3 is connected to the inlet pipe 228 and the fourth source via the first purge gas inlet pipe 236 via the first flow path 152 and the first nozzle 162. The fourth source gas S4 and the fourth purge gas inlet connected to one end of the fourth source gas inlet pipe 228 through the third flow path 156 and the third nozzle 166 formed on the injector 150. Pipe 238 and the third flow path 156 and the third The fourth purge gas P4 is sequentially supplied into the chamber 100 through the three nozzles 166 to constitute one cycle of the atomic layer deposition method.

이 경우 각각의 소스가스(S2, S3, S4)가 유입되는 경우에 상기 제 1 소스가스(S1)가 유입되는 경우와 마찬가지로 각각의 소스가스유입관과 연결되는 퍼지가스유입관을 제외한 나머지 퍼지가스유입관을 통하여 퍼지가스를 공급할 수 있다. 예컨대, 제 2 소스가스(S2)가 유입되는 경우에는 제 1, 제 3, 제 4 퍼지가스(P1, P3, P4)가, 제 3 소스가스(S3)가 유입되는 경우에는 제 1, 제 2, 제 4 퍼지가스(P1, P2, P4)가, 제 4 소스가(S4)가 유입되는 경우에는 제 1, 제 2, 제 4 퍼지가스(P1, P2, P3)가 각각 유입될 수 있다.In this case, when each source gas (S2, S3, S4) is introduced, as in the case where the first source gas (S1) is introduced, the remaining purge gas except for the purge gas inlet pipe connected to each source gas inlet pipe The purge gas can be supplied through the inlet pipe. For example, when the second source gas S2 is introduced, the first, third, and fourth purge gases P1, P3, and P4 are used, and when the third source gas S3 is introduced, the first and second are selected. When the fourth purge gas P1, P2, P4 and the fourth source S4 are introduced, the first, second, and fourth purge gases P1, P2, and P3 may be respectively introduced.

도 4 내지 도 6에서는 4개의 소스가스(S1, S2, S3, S4)가 유입되는 경우를 도시하였으나, 이는 단지 예시일 뿐이고, 필요에 따라 적절한 수의 소스가스 유입관 및 이와 동수의 유로 및 노즐이 인젝터에 형성될 수 있다.4 to 6 illustrate the case where four source gases S1, S2, S3, and S4 are introduced, this is merely an example, and an appropriate number of source gas inlet tubes and the same number of flow paths and nozzles may be used as necessary. It can be formed on the injector.

뿐만 아니라, 소스가스 유입관 및 소스가스 유입관과 연결되는 퍼지가스유입관의 위치 역시 도면에 도시된 것과 달리 필요에 따라 다른 식으로 배치할 수 있음은 자명한 사실이라 할 것이다. 예컨대, 제 1 소스가스 유입관(222)의 말단을 인젝터(150)의 중앙부를 관통하도록 하여 제 1 소스가스(S1) 및 제 1 퍼지가스(P1)가 제 1 유로(152) 및 제 1 노즐(162)을 경유하여 분사될 수 있도록 구성할 수 있다.In addition, it will be apparent that the source gas inlet pipe and the position of the purge gas inlet pipe connected to the source gas inlet pipe may be arranged in other ways as needed, unlike those shown in the drawings. For example, the first source gas S1 and the first purge gas P1 pass through the center of the injector 150 so that the end of the first source gas inlet pipe 222 passes through the first flow path 152 and the first nozzle. It may be configured to be injected via 162.

즉, 본 발명에서는 각각의 소스가스 및 유입된 소스가스 중 잔류하는 소스가스를 제거하기 위하여 제공되는 퍼지가스를 다음 단계에서 순차적으로 제공되는 소스가스 및 퍼지가스가 공급되는 영역과 구분되어 인젝터(150)의 독립적인 영역을 통하여 챔버(100) 내부로 유입시킬 수 있도록 인젝터(150)의 내면을 구성할 수 있다면, 각각의 가스유입관과 유로 및 노즐의 상대적인 위치는 필요에 따라 변경 가능하다.That is, in the present invention, the injector 150 is divided into regions in which the source gas and the purge gas are sequentially provided in the next step to purge gas provided to remove the remaining source gas among the source gas and the introduced source gas. If the inner surface of the injector 150 can be configured to be introduced into the chamber 100 through an independent area of), the relative position of each gas inlet pipe, the flow path and the nozzle can be changed as necessary.

이러한 단계를 순차적으로 진행하는 원자층증착방법의 1 주기를 통해 웨이퍼(1)의 표면에는 매우 얇은 고순도의 박막이 증착되고, 이후 동일한 공정을 반복함으로서 원하는 두께의 박막을 구현하게 된다.Through one cycle of the atomic layer deposition method of sequentially performing these steps, a very thin high purity thin film is deposited on the surface of the wafer 1, and then a thin film having a desired thickness is realized by repeating the same process.

본 발명은 원자층증착 프로세스 모듈을 통해 구현되는 원자층증착 방법에 있어서, 각각 서로 다른 기체물질을 공간적으로 구분하여 독립적으로 분사하는 인젝터를 제공한다.The present invention provides an injector in which the atomic layer deposition method implemented through the atomic layer deposition process module separately injects different gaseous materials spatially.

이에 일반적인 경우와 달리 인젝터의 내부에서 서로 다른 종류의 가스물질이혼합됨으로서 발생되는 오염의 가능성을 현저히 감소시킬 수 있고, 이를 통해 보다 개선된 반도체 제조공정을 구현할 수 있는 장점을 가지고 있다.Unlike the general case, the possibility of contamination generated by mixing different kinds of gaseous materials in the injector can be significantly reduced, and thus, an improved semiconductor manufacturing process can be realized.

특히 본 발명에 따른 인젝터는 각각의 유로를 갈수록 폭이 넓어지는 동심원 형상을 부여함으로서 다수의 기체물질이 유입되더라도 효과적으로 구분하는 것이 가능하며, 이러한 각각의 기체물질은 미세한 홀인 노즐을 통해 웨이퍼로 분사하여 박막의 균일성을 개선시키는 효과를 가지고 있다.In particular, the injector according to the present invention can be effectively distinguished even if a plurality of gaseous materials are introduced by providing a concentric shape that becomes wider with each flow path, and each gaseous material is sprayed onto the wafer through a nozzle which is a minute hole. It has the effect of improving the uniformity of the thin film.

Claims (3)

내부에 웨이퍼가 안착되는 반응영역을 가지는 챔버에 설치되어, 외부로부터 유입되는 기체물질을 상기 웨이퍼로 분사하는 인젝터로서,An injector which is installed in a chamber having a reaction region in which a wafer is seated therein and injects gaseous material introduced from the outside into the wafer, 상기 챔버의 일면을 관통하여 외부로 노출된 일단과 상기 챔버의 내부로 삽입되는 타단을 각각 가지는 다수의 가스 유입관과;A plurality of gas inlet tubes each having one end exposed to the outside through the one surface of the chamber and the other end inserted into the chamber; 상기 인젝터의 내면에 각각 서로 구분되도록 형성되고, 상기 다수의 유입관의 타 끝단이 각각 연결되는 다수의 내부유로와;A plurality of internal passages formed on the inner surface of the injector so as to be distinguished from each other, and connected to the other ends of the plurality of inflow pipes, respectively; 상기 웨이퍼와 일정 간격 이격되어 대응되는 상기 인젝터의 저면을 각각 관통하여 상기 각각의 유로와 연결되는 다수의 노즐A plurality of nozzles connected to the respective flow paths through the bottom surface of the injector corresponding to a predetermined distance from the wafer; 을 포함하는 인젝터.Injector comprising. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 다수의 가스 유입관 타단에는 각각 퍼지가스와 서로 다른 종류의 소스가스가 공급되어, 상기 소스가스 중 선택된 하나와 퍼지가스를 번갈아 상기 웨이퍼로 분사하는 인젝터.The injector of the plurality of gas inlet pipes are respectively supplied with a purge gas and a different type of source gas, alternately spraying the selected one of the source gases and the purge gas to the wafer. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 다수의 유로는 각각 중심으로부터 점점 직경이 커지도록 동일 평면상에 배열된 다수의 동심원인 인젝터.And the plurality of flow paths are a plurality of concentric circles arranged on the same plane such that each of the flow paths becomes larger in diameter from the center.
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