KR20070006179A - Apparatus of forming a layer for manufacturing a semiconductor device - Google Patents

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KR20070006179A
KR20070006179A KR1020050061274A KR20050061274A KR20070006179A KR 20070006179 A KR20070006179 A KR 20070006179A KR 1020050061274 A KR1020050061274 A KR 1020050061274A KR 20050061274 A KR20050061274 A KR 20050061274A KR 20070006179 A KR20070006179 A KR 20070006179A
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Abstract

An apparatus for forming a layer for fabricating a semiconductor is provided to simultaneously irradiate light to a plurality of substrates by using a plurality of beam splitters. A plurality of substrates(W) are received in a reaction chamber(104). Thin films are formed on the substrates by an ALE(atomic layer epitaxy) method. A gas supply part(120) supplies a reaction gas for forming the thin films to the reaction chamber. A light source(160) generates light for heating the substrates to a process temperature. A plurality of beam splitters(170) split the light irradiated from the light source and guides the split light to the substrates. The light irradiated to the substrates by the beam splitters have substantially the same light energy.

Description

반도체 제조를 위한 막 형성 장치{ APPARATUS OF FORMING A LAYER FOR MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR DEVICE}APPARATUS OF FORMING A LAYER FOR MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR DEVICE}

도 1은 종래 기술에 따른 반도체 제조를 위한 막 형성 장치를 설명하기 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view illustrating a film forming apparatus for manufacturing a semiconductor according to the prior art.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 제조를 위한 막 형성 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view for explaining a film forming apparatus for manufacturing a semiconductor according to the present invention.

도 3은 도 2의 막 형성 장치를 이용하여 TiN막을 형성하기 위한 공정 온도의 변화에 따른 한 주기당 증착율의 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing a change in deposition rate per cycle according to a change in process temperature for forming a TiN film using the film forming apparatus of FIG. 2.

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

100 : 막 형성 장치 104 : 반응 챔버100 film forming apparatus 104 reaction chamber

110 : 서셉터 120 : 가스 공급부110: susceptor 120: gas supply unit

122 : 노즐 130 : 배관122: nozzle 130: piping

132 : 가스 공급로 140 : 구동부132: gas supply path 140: drive unit

142 : 구동축 150 : 가스 배출부142: drive shaft 150: gas outlet

160 : 광원 170 : 빔 스플리터160: light source 170: beam splitter

W : 기판W: Substrate

본 발명은 반도체 제조를 위한 막 형성 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원자층 에피택시(Atomic Layer Epitaxy, ALE)법을 이용하여 기판 상에 막을 형성하기 위한 막 형성 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a film forming apparatus for semiconductor manufacturing, and more particularly, to a film forming apparatus for forming a film on a substrate by using an atomic layer epitaxy (ALE) method.

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.The 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 each made of an epoxy resin. It is manufactured through a package assembly process for encapsulation and individualization.

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 증착 공정은 반도체 기판 상에 다양한 막을 형성하는 공정으로, 화학 기상 증착(CVD) 방법, 물리 기상 증착(PVD) 방법, 원자층 증착(ALD) 방법 등이 있다. The deposition process is a process of forming various films on a semiconductor substrate, and includes a chemical vapor deposition (CVD) method, a physical vapor deposition (PVD) method, an atomic layer deposition (ALD) method, and the like.

특히, 최근에는 반도체 기판의 집적도 향상에 따라 콘택 홀 및 비아 홀 등의 미세 패턴 구조에서 균일도와 단차 도포성(step-coverage) 등이 우수한 원자층 에피택시(ALE)법을 이용하여 박막을 증착하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. In particular, in recent years, as the degree of integration of semiconductor substrates is improved, thin films are deposited using atomic layer epitaxy (ALE), which is excellent in uniformity and step-coverage in fine pattern structures such as contact holes and via holes. Research is actively underway.

상기 원자층 에피택시(ALE)법은 CVD법 중 하나로서 cyclic CVD라고도 불리우며, 표면 포화 현상에 의한 자기 제어 성장 기구(self-limiting growth mechanism)를 이용하는 기술로서 원자층 단위의 두께 조절이 가능한 성장 기술이다. The atomic layer epitaxy (ALE) method is also called cyclic CVD as one of the CVD methods, and is a technology that uses a self-limiting growth mechanism by surface saturation, and which can control the thickness of an atomic layer unit. to be.

구체적으로, 반응 챔버에 주입된 반응물들의 표면반응(surface reaction)에 의해 주로 성장이 이루어지는 화학 기상 증착(CVD) 방법과는 달리, 원자층 에피택시(ALE)법은 기상 반응을 억제하여 표면 포화 반응(saturated surface reaction)에 의해서 성장이 일어나므로 1 주기당 1 ML(monolayer) 이하의 박막이 성장된다. Specifically, unlike chemical vapor deposition (CVD), in which growth is mainly caused by surface reaction of reactants injected into the reaction chamber, atomic layer epitaxy (ALE) method suppresses vapor phase reaction and thus surface saturation reaction. As the growth occurs due to a saturated surface reaction, a thin film of 1 ml (monolayer) or less is grown per cycle.

이와 같은 상기 ALE법은 기존 CVD법에 비하여 증착속도는 떨어지나 박막의 표면 거칠기가 매우 작고 대면적의 증착에서도 두께 균일도가 상당히 우수하며 공정 온도가 낮은 장점이 있다.The ALE method has a lower deposition rate than the conventional CVD method, but the surface roughness of the thin film is very small, and even in large area deposition, the thickness uniformity is excellent and the process temperature is low.

이하에서 설명하는 막 형성 장치는 원자층 에피택시법에 이용될 수 있다.The film forming apparatus described below can be used for the atomic layer epitaxy method.

도 1은 종래 기술에 따른 반도체 제조를 위한 막 형성 장치를 나타내는 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing a film forming apparatus for manufacturing a semiconductor according to the prior art.

도 1을 참조하면, 종래 막 형성 장치(10)는 증착 공정이 수행되는 프로세스 챔버(20)가 구비된다. 상기 프로세서 챔버(20) 내에는 기판(W)을 로딩하기 위한 서셉터(22)가 구비된다. Referring to FIG. 1, the conventional film forming apparatus 10 includes a process chamber 20 in which a deposition process is performed. The susceptor 22 for loading the substrate W is provided in the processor chamber 20.

상기 서셉터(22)는 기판(W)을 수납하기 위한 수납홈(26)을 갖는다. 상기 수납홈(26)의 저면은 상기 기판(W)의 가장자리의 일정 영역만이 상기 수납홈(26)과 접촉하도록 형성되어 있다. The susceptor 22 has a receiving groove 26 for receiving the substrate (W). The bottom of the receiving groove 26 is formed such that only a predetermined region of the edge of the substrate W contacts the receiving groove 26.

상기 서셉터(22)와 연결되고, 상기 서셉터(22)를 수평 회전시키기 위한 동력을 제공하는 구동부(30)가 구비된다. The driving unit 30 is connected to the susceptor 22 and provides a power for horizontally rotating the susceptor 22.

상기 서셉터(22) 하단부에 구비되어 상기 수납홈(26)과 접촉하는 상기 기판(W)의 온도를 상승시키기 위해 상기 기판(W)으로 광을 조사하는 광원(32)이 구비된다. A light source 32 is provided at a lower end of the susceptor 22 to irradiate light onto the substrate W in order to increase the temperature of the substrate W in contact with the receiving groove 26.

상기 프로세스 챔버(20) 내로 증착 가스를 공급하는 가스 공급부(40) 및 상기 프로세스 챔버(20) 내의 가스를 외부로 배기하는 가스 배기부(44)가 구비된다. The gas supply unit 40 supplying the deposition gas into the process chamber 20 and the gas exhaust unit 44 exhausting the gas in the process chamber 20 to the outside are provided.

이와 같이, 상기 광원(32)에서 조사되는 광이 상기 하나의 기판(W)으로 조사되도록 구성되는 종래 상기 막 형성 장치(10)는 증착 공정에 다수의 기판(W)을 사용할 수 없다는 문제점이 있다. 이에 따라, 반도체 장치의 생산성이 저하되는 문제점이 발생한다. As described above, the conventional film forming apparatus 10 configured to irradiate light emitted from the light source 32 onto the one substrate W has a problem in that a plurality of substrates W cannot be used in a deposition process. . This causes a problem that the productivity of the semiconductor device is lowered.

따라서, 상기 증착 공정에 다수의 기판(W)을 사용하여 스루풋(throughput)을 향상시킬 수 있도록 상기 막 형성 장치의 구조를 개선할 필요가 있다. Therefore, it is necessary to improve the structure of the film forming apparatus so that the throughput can be improved by using a plurality of substrates W in the deposition process.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 다수의 기판들 상에 막을 동시에 형성할 수 있는 개선된 구조를 갖는 반도체 제조를 위한 막 형성 장치를 제공하는 데 있다. An object of the present invention for solving the above problems is to provide a film forming apparatus for semiconductor manufacturing having an improved structure capable of simultaneously forming a film on a plurality of substrates.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조를 위 한 막 형성 장치는, 다수의 기판들을 수용하며 상기 기판들 상에 원자층 에피택시(Atomic Layer Epitaxy, ALE)법을 이용하여 박막들을 각각 형성하기 위한 반응 챔버와, 상기 박막들을 형성하기 위한 반응 가스를 상기 반응 챔버로 공급하기 위한 가스 공급부와, 상기 기판들을 공정 온도로 가열하기 위한 광을 발생시키는 광원과, 상기 광원에서 조사된 광을 분할하여 상기 기판들 상으로 각각 유도하기 위한 다수의 빔 스플리터(beam splitter)들을 포함한다. In order to achieve the above object, a film forming apparatus for manufacturing a semiconductor according to an embodiment of the present invention accommodates a plurality of substrates and uses an atomic layer epitaxy (ALE) method on the substrates. A reaction chamber for forming thin films, a gas supply for supplying a reaction gas for forming the thin films to the reaction chamber, a light source for generating light for heating the substrates to a process temperature, and irradiation from the light source And a plurality of beam splitters for splitting the light to guide the respective light onto the substrates.

여기서, 상기 빔 스플리터들에 의해 상기 기판들 상으로 조사되는 광들은 실질적으로 서로 동일한 광 에너지를 각각 갖는다.Here, the lights irradiated onto the substrates by the beam splitters each have substantially the same light energy as each other.

상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다수의 빔 스플리터들을 이용하여 상기 다수의 기판들 상에 동시에 막을 각각 형성한다. 따라서, 하나의 기판 상으로만 광을 조사하도록 구성되는 종래 기술과 비교하여, 종래와 동일한 증착 공정 시간 내에 원하는 막을 상기 다수의 기판 상에 형성할 수 있으므로 스루풋을 향상시킬 수 있다. According to one embodiment of the present invention as described above, by using the plurality of beam splitters to form a film on each of the plurality of substrates at the same time. Thus, compared with the prior art configured to irradiate light onto only one substrate, the desired film can be formed on the plurality of substrates within the same deposition process time as in the prior art, thereby improving throughput.

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

도 2는 본 발명에 따른 반도체 제조를 위한 막 형성 장치를 설명하기 개략적인 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view illustrating a film forming apparatus for manufacturing a semiconductor according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 실시예 따른 막 형성 장치(100)는 크게 원자층 에피택시(Atomic Layer Epitaxy, ALE)법을 이용하기 위한 반응 챔버(104)와, 반응 가스를 기판(W)들 상에 제공하는 가스 공급부(120)와, 광을 발생시키는 광원(160)과, 상기 기판(W)들의 온도를 상승시키기 위한 다수의 빔 스플리터(beam splitter)(170)들과, 상기 반응 챔버(104) 내에서 미 반응한 가스를 배출하기 위한 가스 배출부(150)를 포함한다. Referring to FIG. 2, the film forming apparatus 100 according to the present exemplary embodiment includes a reaction chamber 104 for largely using an atomic layer epitaxy (ALE) method, and a reaction gas on the substrates W. FIG. A gas supply unit 120 provided to the light source, a light source 160 generating light, a plurality of beam splitters 170 for raising the temperature of the substrates W, and the reaction chamber 104. The gas discharge unit 150 for discharging the unreacted gas in the inside).

상기 막 형성 장치(100)는 원자층 에피택시(ALE)법에 의한 박막 증착 공정에 주로 이용된다. 다만, 상기 막 형성 장치(100)는 화학 기상 증착(CVD)법, 원자층 증착(ALD)법 등에도 이용될 수 있다. The film forming apparatus 100 is mainly used for a thin film deposition process by atomic layer epitaxy (ALE) method. However, the film forming apparatus 100 may also be used in chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition (ALD), or the like.

상기 원자층 에피택시법은 화학 기상 증착법 중 하나로서 cyclic CVD라고도 불리우며, 공지된 표면 포화 현상에 의한 자기 제어 성장 기구(self-limiting growth mechanism)를 이용하는 기술로서 원자층 단위의 두께 조절이 가능한 성장 기술이다. The atomic layer epitaxy method is also called cyclic CVD as one of chemical vapor deposition methods, and uses a known self-limiting growth mechanism by surface saturation. to be.

상기 원자층 에피택시법에 의한 증착 공정에서 상기 기판(W)들 상에 박막을 형성하기 위해서는 반응 가스가 충분한 농도로 상기 반응 챔버(104)로 제공되는 것이 필수 전제 조건이다.In order to form a thin film on the substrates W in the deposition process by the atomic layer epitaxy, it is essential to provide a reaction gas to the reaction chamber 104 at a sufficient concentration.

상기 원자층 에피택시법에 의한 박막의 성장 비율은 상기 반응 챔버(104)에 유입되는 반응 가스의 농도 또는 질에 의한 것보다 상기 기판(W) 표면의 성질에 의해 제어된다. 이에 반해, 상기 화학 기상 증착법에 의한 박막의 성장 비율은 상기 기판(W) 상에 충돌하는 상기 반응 가스의 유입 비율을 제어함으로서 주로 조정된다. The growth rate of the thin film by the atomic layer epitaxy method is controlled by the property of the surface of the substrate (W) rather than by the concentration or quality of the reaction gas flowing into the reaction chamber (104). In contrast, the growth rate of the thin film by the chemical vapor deposition method is mainly adjusted by controlling the inflow rate of the reaction gas colliding on the substrate (W).

이와 같은 원자층 에피택시법은 기존 화학 기상 증착법에 비하여 증착 속도는 떨어지나 박막의 표면 거칠기가 매우 작고 대면적의 증착에서도 두께 균일도가 상당히 우수하며 공정 온도가 낮은 장점이 있다.The atomic layer epitaxy method has a lower deposition rate than the conventional chemical vapor deposition method, but the surface roughness of the thin film is very small, and even in a large area deposition, the thickness uniformity is excellent and the process temperature is low.

따라서, 상기 막 형성 장치(100)는 원자층 에피택시법을 이용함으로써, 표면의 굴곡이 큰 경우에도 매우 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있음으로, 표면 요철이 큰 구조를 가지는 미세 소자의 절연막과 보호막, 유전막 및 확산 방지막 등의 형성과 대면적에서 우수한 균일도를 필요로 하는 박막을 형성할 수 있다. Therefore, the film forming apparatus 100 can form a thin film having a very uniform thickness even when the surface is curved by using the atomic layer epitaxy method. And a thin film requiring excellent uniformity in the formation and the large area of the protective film, the dielectric film and the diffusion barrier film.

도시된 바에 의하면, 상기 반응 챔버(104)의 내부에는 상기 서셉터(110)가 배치되어 있으며, 다수의 반도체 기판(W)들이 상기 서셉터(110) 상에 수평 방향으로 지지된다. As shown, the susceptor 110 is disposed inside the reaction chamber 104, and a plurality of semiconductor substrates W are supported in the horizontal direction on the susceptor 110.

상기 가스 공급부(120)는 상기 서셉터(110)의 상부에 위치하며, 상기 서셉터(110)에 지지된 상기 기판(W)들의 상부면에 반응 가스를 공급한다. 상기 가스 공급부(120)는 원반 형상을 갖고, 그 내부에 상기 반응 가스를 수용하기 위한 공간(124)을 갖는다. 상기 가스 공급부(120)와 상기 서셉터(110)는 서로 대응하는 형태를 가지고 있어 상기 서셉터(110)에 지지된 상기 기판(W)들 상에 박막을 각각 형성할 수 있다. The gas supply part 120 is positioned above the susceptor 110, and supplies a reaction gas to upper surfaces of the substrates W supported by the susceptor 110. The gas supply part 120 has a disk shape and has a space 124 for accommodating the reaction gas therein. The gas supply unit 120 and the susceptor 110 may have a shape corresponding to each other to form a thin film on the substrates W supported by the susceptor 110, respectively.

구체적으로, 상기 서셉터(110)는 상기 가스 공급부(120)와 대응하는 원반 형상을 가지며, 상기 기판(W)들은 상기 서셉터(110) 상에 원주 방향으로 지지된다. 상기 가스 공급부(120)의 상부는 상기 반응 가스를 제공하는 통로로 기능하는 배관(130)과 연결되어 있다. 상기 서셉터(110)는 상부면에 반도체 기판(W)들을 정전기력이나 진공압 등을 이용하여 고정시킨다. Specifically, the susceptor 110 has a disk shape corresponding to the gas supply part 120, and the substrates W are supported in the circumferential direction on the susceptor 110. An upper portion of the gas supply unit 120 is connected to a pipe 130 that functions as a passage for providing the reaction gas. The susceptor 110 fixes the semiconductor substrates W to the upper surface by using electrostatic force or vacuum pressure.

상기 가스 공급로(132)는 상기 배관(130)을 관통하여 형성되어 있으며, 상기 가스 공급부(120) 내부에 위치한 공간(124)과 연통되어 있다. 또한, 상기 공간(124)의 중심으로부터 방사상으로 다수의 노즐(122)들이 연통되어 형성되어 있다. 상기 가스 공급로(132)는 상기 반응 가스의 유량을 조절하기 위하여 밸브와 연결되어 있으며, 상기 공간(124)은 상기 다수의 노즐(122)들을 통해 배출되는 상기 반응 가스가 상기 다수의 노즐(122)로 동일하게 확산할 수 있도록 하는 기능을 수행한다. The gas supply passage 132 is formed through the pipe 130 and communicates with the space 124 located inside the gas supply unit 120. In addition, a plurality of nozzles 122 are formed to communicate radially from the center of the space 124. The gas supply passage 132 is connected to a valve to adjust the flow rate of the reaction gas, the space 124 is the reaction gas discharged through the plurality of nozzles 122 are the plurality of nozzles 122 ) To spread the same.

상기 노즐(122)들은 동일한 단면적을 가지고 있으며, 각각의 노즐(122)들 간의 간격은 상기 가스 공급부(120)의 중심에서 가장자리를 향해 점차 감소한다. 즉, 상기 반응 가스의 유량은 상기 기판(W)들을 지지하고 있는 상기 서셉터(110)의 중심에서 가장자리를 향해 점차 증가한다. 따라서, 상기 기판(W)들 상에 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있다. The nozzles 122 have the same cross-sectional area, and the spacing between each nozzle 122 gradually decreases from the center of the gas supply part 120 toward the edge. That is, the flow rate of the reaction gas gradually increases from the center of the susceptor 110 supporting the substrates W to the edge. Therefore, a thin film having a uniform thickness may be formed on the substrates W. FIG.

상기 노즐(122)들 각각은 상기 가스 공급부(120)의 하부를 관통하여 상기 가스 공급부(120)의 외부와 상기 공간(124)을 연통시키는 통공의 형태를 갖는다. 또한, 상기 노즐(122)들 각각은 상기 통공을 연장시키는 돌출부(126)를 가질 수도 있다.Each of the nozzles 122 has a form of a through hole that passes through a lower portion of the gas supply part 120 and communicates the outside of the gas supply part 120 with the space 124. In addition, each of the nozzles 122 may have a protrusion 126 extending the through hole.

상기 기판(W)들을 공정 온도로 가열하기 위한 광을 발생시키는 광원(160)이 구비되고, 상기 광원(160)에서 조사된 광을 분할하여 상기 기판(W)들 상으로 각각 유도하기 위한 다수의 빔 스플리터(170)들이 구비된다. A light source 160 for generating light for heating the substrates W to a process temperature is provided, and a plurality of light sources for splitting the light emitted from the light source 160 to guide the substrates W onto the substrates W, respectively. Beam splitters 170 are provided.

구체적으로, 상기 반응 챔버(104) 내부의 상기 기판(W)들 상부에는 상기 기판(W)들의 온도를 기 설정된 공정 온도로 상승시키기 위한 상기 다수의 빔 스플리 터(170)들이 배치된다. 더욱 구체적으로, 상기 빔 스플리터(170)들은 상기 광원(160)에서 조사된 광이 상기 기판(W)들 상에 각각 조사되도록 상기 기판(W)들 상에 적절하게 배치되고, 상기 반응 챔버(104)에 공급되는 반응 가스들이 표면 포화 반응을 일으켜 상기 박막들을 형성하도록 상기 기판(W)들 상으로 광을 각각 조사한다. 상기 조사된 광들은 상기 기판(W)들을 가열시킴으로써 상기 기판(W)들의 온도를 공정 온도로 상승시킨다. Specifically, the plurality of beam splitters 170 are disposed on the substrates W in the reaction chamber 104 to raise the temperature of the substrates W to a predetermined process temperature. More specifically, the beam splitters 170 are suitably disposed on the substrates W so that the light radiated from the light source 160 is irradiated onto the substrates W, respectively, and the reaction chamber 104 ) And irradiates light onto the substrates W so that the reactant gases supplied to the Cn may cause a surface saturation reaction to form the thin films. The irradiated lights raise the temperature of the substrates W to a process temperature by heating the substrates W. FIG.

이때, 상기 빔 스플리터(170)들에 의해 상기 기판(W)들 상에 조사되는 광들은 동일한 광 에너지를 각각 갖도록 상기 빔 스플리터(170)들을 적절하게 조절한다. 이는 상기 기판(W)들의 온도를 모두 동일하게 유지시킴으로써, 상기 기판(W)들 상에 동일한 박막을 동시에 각각 형성하기 위함이다. In this case, the beam splitters 170 properly adjust the beam splitters 170 so that the light irradiated on the substrates W has the same light energy. This is to maintain the same temperature of the substrates W, thereby simultaneously forming the same thin film on the substrates W, respectively.

이와 같이, 본 실시예에 따른 막 형성 장치(100)는 상기 다수의 빔 스플리터(170)들을 사용하여 상기 다수의 기판(W)들의 온도를 동시에 공정 온도로 상승시킨다. As described above, the film forming apparatus 100 according to the present embodiment raises the temperatures of the plurality of substrates W to the process temperature simultaneously using the plurality of beam splitters 170.

따라서, 종래에는 광원에서 조사되는 광이 하나의 기판(W) 상으로만 조사되었으나, 본 실예에 따른 막 형성 장치(100)는 상기 광원(160)에서 조사되는 광이 상기 다수의 스플리터(170)들에 의해 상기 다수의 기판(W)들 상으로 각각 조사되도록 구성되어 있다. Accordingly, although light irradiated from a light source is conventionally irradiated onto only one substrate W, the film forming apparatus 100 according to the present exemplary embodiment may emit light irradiated from the light source 160 to the plurality of splitters 170. Are irradiated onto the plurality of substrates W, respectively.

이에 따라, 종래와 동일한 증착 공정 시간 내에 상기 다수의 기판(W)들 상에 원하는 막을 각각 형성할 수 있으므로 종래에 비해 스루풋(throughput)을 향상시킬 수 있다. Accordingly, since a desired film may be formed on the plurality of substrates W within the same deposition process time as in the prior art, throughput may be improved as compared with the conventional art.

본 실시예와 달리, 상기 기판(W)들의 온도를 공정 온도로 상승시키기 위해 상기 빔 스플리터(170)들을 이용하지 않고, 플라즈마를 이용하여 상기 기판(W)들의 온도를 공정 온도로 상승시킬 수도 있다. Unlike the present embodiment, the temperature of the substrates W may be increased to the process temperature by using plasma without using the beam splitters 170 to increase the temperature of the substrates W to the process temperature. .

상기 구동부(140)는 상기 반응 챔버(104)의 하부에 위치한다. 이때, 상기 구동부(140)는 구동축(142)에 의해 상기 서셉터(110)와 연결되며 상기 서셉터(110)를 회전시키기 위한 구동력을 제공한다. 도시되지 않았지만, 상기 구동부(140)는 회전력을 발생시키기 위한 모터 등이 사용될 수 있다.The driving unit 140 is located under the reaction chamber 104. In this case, the driving unit 140 is connected to the susceptor 110 by a driving shaft 142 and provides a driving force for rotating the susceptor 110. Although not shown, the driving unit 140 may be a motor or the like for generating a rotational force.

상기 가스 배출부(150)는 상기 반응 챔버(104)로 공급된 반응 가스와 비활성 가스 및 증착 공정 중에 발생된 반응 부산물을 배출하기 위해 상기 반응 챔버(104) 및 진공 펌프를 연결하는 배관과 상기 배관을 개폐시키기 위한 밸브를 포함한다. 또한, 상기 가스 배출부(150)는 반응 가스들의 유동을 균일하게 하는 기능을 수행한다.The gas outlet 150 is a pipe connecting the reaction chamber 104 and the vacuum pump to discharge the reaction gas supplied to the reaction chamber 104 and the inert gas and the reaction by-products generated during the deposition process. It includes a valve for opening and closing the. In addition, the gas discharge unit 150 performs a function of uniformizing the flow of the reaction gases.

이하, 상기 막 형성 장치(100)를 이용하여 상기 기판(W)들 상에 실리콘 산화막을 형성하는 방법을 살펴본다. Hereinafter, a method of forming a silicon oxide film on the substrates W using the film forming apparatus 100 will be described.

상기 서셉터(110) 상에 다수의 상기 기판(W)들을 고정시킨 후, 상기 가스 공급부(120)의 노즐(122)을 통하여 제1반응 물질을 포함하는 제1반응 가스를 공급한다. 이때, 상기 제1반응 물질은 상기 기판(W)들 상부의 표면과 반응을 하여 포화 상태가 될 때까지 화학적 흡착을 한다. After fixing the plurality of substrates W on the susceptor 110, a first reaction gas including a first reaction material is supplied through the nozzle 122 of the gas supply unit 120. In this case, the first reaction material reacts with the surfaces of the upper surfaces of the substrates W and chemically adsorbs until it is saturated.

이어서, 상기 제1반응 물질과 상기 기판(W)들 상부 표면간의 반응이 포화상태를 이루게 되면, 상기 기판(W)들에 화학적으로 흡착된 상기 제1반응 물질 상에 과잉의 상기 제1반응 물질이 물리적으로 흡착된다.Subsequently, when the reaction between the first reactive material and the upper surface of the substrates (W) is saturated, the excess of the first reactive material on the first reactive material chemically adsorbed to the substrates (W) This is physically adsorbed.

이어서, 상기 기판(W)들 상으로 퍼지 가스를 공급하여 상기 물리적으로 흡착된 상기 제1반응 물질을 제거한다. 그 다음, 제2반응 물질을 포함하는 제2반응 가스가 상기 기판(W)들 상부에 공급된다. 상기 공급된 제2반응 물질은 상기 기판(W)들 상부 표면에 형성된 제1반응 물질층과 화학적으로 반응하여, 목적하는 물질 박막이 원자층 단위로 형성된다. 과잉의 상기 제2반응 가스는 퍼지 가스의 공급에 의해 상기 반응 챔버(104)로부터 배출된다.Subsequently, a purge gas is supplied onto the substrates W to remove the physically adsorbed first reactant. Then, a second reactant gas containing a second reactant material is supplied over the substrates (W). The supplied second reactive material chemically reacts with the first reactive material layer formed on the upper surfaces of the substrates W, thereby forming a thin film of a desired material in atomic layer units. The excess second reaction gas is discharged from the reaction chamber 104 by the supply of purge gas.

상기와 같은 과정이 하나의 사이클을 형성하며, 이러한 사이클을 반복하여 원하는 두께의 박막을 성장시킬 수 있다.The above process forms one cycle, and the cycle can be repeated to grow a thin film of a desired thickness.

상기 증착 반응이 상기 반응 챔버(104) 내에서 안정적으로 유지되기 위해서는 반응 가스들이 서로 혼합하지 못하도록 분리되어야 한다. 따라서, 각각의 반응 가스를 시간 차이를 두어 상기 반응 챔버(104) 내로 분사하여야 한다. In order for the deposition reaction to remain stable in the reaction chamber 104, the reaction gases must be separated from each other to prevent mixing. Therefore, each reaction gas must be injected into the reaction chamber 104 at a time difference.

한편, 상기 반응 가스들을 각각 분사하기 위하여 다수개의 가스 공급로(132)를 형성할 수도 있다.Meanwhile, a plurality of gas supply paths 132 may be formed to inject the reaction gases, respectively.

도 3은 도 2의 막 형성 장치를 이용하여 TiN막을 형성하기 위한 공정 온도의 변화에 따른 한 주기당 증착율의 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing a change in deposition rate per cycle according to a change in process temperature for forming a TiN film using the film forming apparatus of FIG. 2.

상기 그래프에서 X축은 공정 온도의 변화를 나타내고, Y축은 상기 공정 온도의 변화에 따른 한 주기당 증착율의 변화를 나타낸다.In the graph, the X axis represents a change in process temperature, and the Y axis represents a change in deposition rate per cycle according to the change in the process temperature.

도 3을 참조하면, 상기 막 형성 장치(100)를 이용하여 상기 기판(W)들 상에 TiN 박막을 각각 형성하고, 그 특성을 분석하였다.Referring to FIG. 3, TiN thin films were formed on the substrates W using the film forming apparatus 100 and the characteristics thereof were analyzed.

상기 막 형성 장치(100)에서 원자층 에피택시법으로 상기 TiN 박막을 증착하기 위해 실리콘 기판(W) 상에 RF 스퍼터링법으로 5000Å 의 SiO2 절연막을 증착한 후 상기 TiN 박막을 증착하였다. In order to deposit the TiN thin film by the atomic layer epitaxy method in the film forming apparatus 100, the TiN thin film was deposited by depositing 5000 SiO SiO 2 insulating film on the silicon substrate W by RF sputtering.

상기 TiN 박막을 형성하기 위해서 사용된 전구체(precusor)로는 TEMAT(tetrakis(ethylmethylamino)titanium)와 반응 가스로는 NH3(99.9995%)를 사용하였다. 상기 TEMAT는 TDMAT(tetrakis(dim ethylamino)titanium)와 TDEAT(tetrakis(diethylamino)titanium)의 장단점을 보완한 재료로서 상기 TDEAT보다는 높은 평형 증기압을 가지고 있다. TEMAT (tetrakis (ethylmethylamino) titanium) as a precursor used to form the TiN thin film and NH 3 (99.9995%) were used as a reaction gas. TEMAT is a material that complements the advantages and disadvantages of tetrakis (dim ethylamino) titanium (TDMAT) and tetrakis (diethylamino) titanium (TDEAT) and has a higher equilibrium vapor pressure than TDEAT.

상기 TEMAT는 항온조에서 65℃로 유지하였고, 이때에 상기 TEMAT의 평형 증기압은 700 mTorr였다. 또한 상기 TEMAT가 상기 가스 공급로(132)에 응축되는 현상을 방지하기 위하여 상기 가스 공급로(132)를 65℃ 이상으로 유지하였다. 캐리어 가스 및 퍼지 가스는 고순도 질소(99.999%)를 사용하였다. The TEMAT was maintained at 65 ° C. in a thermostat, where the equilibrium vapor pressure of the TEMAT was 700 mTorr. In addition, the gas supply path 132 was maintained at 65 ° C. or higher to prevent the TEMAT from condensing into the gas supply path 132. The carrier gas and the purge gas used high purity nitrogen (99.999%).

상기 TiN 박막의 증착시 상기 반응 챔버(104)의 작업 압력은 1 Torr를 유지하였으며, 각 반응 가스는 TEMAT - N2 - NH3 - N2의 순서로 교대로 상기 반응 챔버(104)에 주입하였다. 상기 반응 챔버(104)로 제공되는 상기 반응 가스의 유량은 상기 NH3를 200 sccm으로 하고, 상기 TEMAT 캐리어 가스용 N2를 100 sccm으로 하였으며, 상기 퍼지 가스용 N2를 200 sccm으로 유지하였다. When the TiN thin film was deposited, the working pressure of the reaction chamber 104 was maintained at 1 Torr, and each reaction gas was alternately injected into the reaction chamber 104 in the order of TEMAT-N 2 -NH 3 -N 2 . . The flow rate of the reaction gas provided to the reaction chamber 104 was 200 sccm for NH 3 , 100 sccm for N 2 for the TEMAT carrier gas, and 200 sccm for N 2 for the purge gas.

그리고, 순차적인 펄스 주입 시간은 TEMAT 5초, 퍼지 가스용 N2 5초, NH3를 5초로 각각 유지하였다. The sequential pulse injection time was maintained at 5 seconds for TEMAT, 5 seconds for N 2 for purge gas, and 5 seconds for NH 3 , respectively.

상기와 같은 공정 조건에서, 상기 막 형성 장치(100)를 이용하여 원차층 에피택시법으로 증착 공정을 수행한 결과, 상기 기판(W)들 상으로 광을 각각 조사함으로써 상기 반응 챔버(104) 내부에 형성된 공정 온도가 150 ~ 220℃ 의 범위에서는 공정 온도와 무관하게 4.5 Å/cycle의 일정한 증착율을 보인다. Under the above process conditions, as a result of performing a deposition process by the primary layer epitaxy method using the film forming apparatus 100, the inside of the reaction chamber 104 by irradiating light onto the substrates W, respectively. In the process temperature formed in the range of 150 ~ 220 ℃ it shows a constant deposition rate of 4.5 Å / cycle regardless of the process temperature.

이와 같은 결과는 상기 TiN 박막이 소오스의 열분해에 의한 기상 반응으로 박막이 증착된 것이 아니라. 표면 포화 반응이 일어나는 원자층 에피택시(ALE)법에 의해 증착되었음을 보여준다. The result is that the TiN thin film is not deposited by vapor phase reaction by thermal decomposition of the source. It is shown by the atomic layer epitaxy (ALE) method that the surface saturation reaction takes place.

여기서, 230℃ 이상의 공정 온도에서는 증착율이 급격하게 증가하였다. 이는 표면 포화 반응 이외에 상기 TEMAT의 열분해에 의한 기상 반응이 일어났음을 보여준다. Here, the deposition rate rapidly increased at a process temperature of 230 ° C. or higher. This shows that in addition to the surface saturation reaction, a gas phase reaction by pyrolysis of the TEMAT occurred.

상기와 같은 막 형성 장치(100)를 이용하여 원자층 에피택시법으로 상기 다수의 기판(W)들 상에 원하는 박막을 각각 형성함으로써, 하나의 기판(W) 상으로만 광을 조사하도록 구성된 종래 기술에 비해, 종래와 동일한 증착 공정 시간에서 스루풋을 향상시킬 수 있다. Conventionally configured to irradiate light onto only one substrate W by forming desired thin films on the plurality of substrates W by atomic layer epitaxy using the film forming apparatus 100 as described above. Compared to the technology, throughput can be improved at the same deposition process time as in the prior art.

상기와 같은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 다수의 빔 스플리터들을 이용하여 상기 다수의 기판들 상으로 광을 각각 조사한다. 상기 조사되는 광들은 동일한 에너지를 갖고 상기 기판들 상으로 동시에 조사된다. According to a preferred embodiment of the present invention as described above, the plurality of beam splitters are used to irradiate light onto the plurality of substrates, respectively. The irradiated lights have the same energy and are simultaneously irradiated onto the substrates.

이에 따라, 본 실시예에 따른 막 형성 장치는 종래와 같이 하나의 광원을 이용하지만, 상기 다수의 빔 스플리터들을 이용하여 상기 광원에서 조사되는 광을 분할하여 다수의 기판들 상으로 조사되도록 구성된다.  Accordingly, the film forming apparatus according to the present embodiment uses one light source as in the prior art, but is configured to split the light irradiated from the light source using the plurality of beam splitters and to irradiate it onto the plurality of substrates.

따라서, 종래와 같이 하나의 기판 상으로만 광이 조사되지 않고, 다수의 기판들 상으로 광이 각각 조사되도록 구성됨으로써, 종래와 동일한 증착 공정 시간에 상기 다수의 기판들 상에 원하는 막을 각각 형성할 수 있다.Therefore, the light is not irradiated onto only one substrate as in the prior art, and the light is irradiated onto the plurality of substrates, respectively, thereby forming a desired film on the plurality of substrates at the same deposition process time as in the prior art. Can be.

그리하여, 종래에 비해 증착 공정에 따른 스루풋(throughput)을 향상시킬 수 있음으로, 결국 반도체 소자의 생산성을 향상시킬 수 있다. Thus, the throughput according to the deposition process can be improved as compared with the prior art, and thus the productivity of the semiconductor device can be improved.

상기에서 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 the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

Claims (2)

다수의 기판들을 수용하며, 상기 기판들 상에 원자층 에피택시(Atomic Layer Epitaxy, ALE)법을 이용하여 박막들을 각각 형성하기 위한 반응 챔버;A reaction chamber accommodating a plurality of substrates, each reaction chamber for forming thin films on the substrates using an atomic layer epitaxy (ALE) method; 상기 박막들을 형성하기 위한 반응 가스를 상기 반응 챔버로 공급하기 위한 가스 공급부;A gas supply unit for supplying a reaction gas for forming the thin films to the reaction chamber; 상기 기판들을 공정 온도로 가열하기 위한 광을 발생시키는 광원; 및A light source for generating light for heating the substrates to a process temperature; And 상기 광원에서 조사된 광을 분할하여 상기 기판들 상으로 각각 유도하기 위한 다수의 빔 스플리터(beam splitter)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 막 형성 장치.And a plurality of beam splitters for splitting the light emitted from the light source and guiding the light onto the substrates, respectively. 제1항에 있어서, 상기 빔 스플리터들에 의해 상기 기판들 상으로 조사되는 광들은 실질적으로 서로 동일한 광 에너지를 각각 갖는 것을 특징으로 하는 막 형성 장치. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the lights irradiated onto the substrates by the beam splitters each have substantially the same light energy as each other.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2018117402A1 (en) * 2016-12-23 2018-06-28 에스케이실트론 주식회사 Method and apparatus for manufacturing epitaxial wafer

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