KR20180071477A - Apparatus of fabricating using two-dimensional materials and method the same - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a manufacturing device and a method of a semiconductor device using a two-dimensional material, which minimize pollutants between two process movements so as not to degrade characteristics of materials and improve a yield as well as simplify a complex semiconductor process, reduce a process temperature, minimize a delay of a process time and perform material synthesis and surface reforming. According to an embodiment of the present invention, the manufacturing device of a semiconductor device comprises: a reactor synthesizing an object to be processed on a substrate; a plasma generating device performing the surface reforming of the synthesized object to be processed; and a common reaction tube extending in the longitudinal direction, and providing a reaction space in which the substrate is stored therein. The reactor or the plasma generating device is movably coupled to the common reaction tube in the longitudinal direction of the common reaction tube so that one of the reactor or the plasma generating device is selectively adjacent to the reaction space and performs a process related to the object to be processed.

Description

2 차원 물질을 이용한 반도체 소자의 제조 장치 및 이를 이용하는 방법{Apparatus of fabricating using two-dimensional materials and method the same} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a manufacturing method of a semiconductor device using a two-dimensional material,

본 발명은 반도체 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 2 차원 물질을 이용한 반도체 소자의 제조 장치 및 이를 이용하는 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor technology, and more particularly, to an apparatus for manufacturing a semiconductor device using a two-dimensional material and a method of using the same.

최근 금속 또는 반도체 물질의 고기능성 소재가 개발되어 반도체 공정, 바이오, 자동차, 환경관련 산업에 적용됨에 따라, 경제성과 편의성을 갖춘 공정 기술 개발이 요구되고 있다. 그 중 플라즈마 표면 처리 기술은 금속 또는 반도체 재료의 기능성 부여, 표면 개질, 기능성 박막 제조 등에 적용하여 많은 연구가 진행 되고 있으며, 에너지 절약, 무공해 건식 공정으로 알려져 있는 첨단가공기술이다. 특히, 플라즈마를 이용한 표면 개질은 플라즈마 상태 내의 이온이나 전자, 전기의 에너지를 이용하여, 상기 금속 또는 반도체 물질의 기본 물성은 보호하면서 표면에서만 물리-화학적 성질을 변화시키는 기술이다. 이러한 플라즈마를 이용하는 표면 개질은 환경 친화적인 공정이므로 많은 이점을 갖는다. Recently, high functional materials such as metal or semiconductor materials have been developed and applied to semiconductor processing, bio, automobile, and environment related industries. Therefore, development of process technology with economical efficiency and convenience is required. Among them, plasma surface treatment technology is applied to functionalization of metal or semiconductor material, surface modification, functional thin film production, and so on, and it is an advanced processing technology known as energy saving and non-pollution dry process. Particularly, surface modification using plasma is a technique of changing the physical-chemical property only on the surface while protecting the basic physical properties of the metal or semiconductor material by using energy of ions, electrons and electricity in the plasma state. Surface modification using such a plasma is an environmentally friendly process and has many advantages.

또한, 상기 금속 또는 반도체 물질의 합성 기술은 물질의 성장과 동시에 특성을 변화시킬 수 있는 기술로 이용되고 있다. 예컨대, 상기 금속 또는 반도체 물질을 특정 결정 구조로 성장시킴으로써, 상기 금속 또는 반도체 물질은 발광 소자의 특성을 가질 수 있다. 상기 물질 합성 기술은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 같은 증착 기술을 통해 수행될 수 있다. In addition, the synthesis technique of the metal or semiconductor material is used as a technique capable of changing the properties of the material at the same time as the growth of the material. For example, by growing the metal or semiconductor material into a specific crystal structure, the metal or semiconductor material may have characteristics of the light emitting device. The material synthesis technique may be performed through a deposition technique such as chemical vapor deposition (CVD).

이러한 상기 금속 또는 반도체 물질의 합성과 표면 개질은 하나의 물질에 대해 적용될 수 있다. 예컨대, 상기 금속 또는 반도체 물질이 합성되고, 이후 상기 합성된 상기 금속 또는 반도체 물질에 대해 표면 개질이 추가적으로 수행될 수 있다. The synthesis and surface modification of such a metal or semiconductor material can be applied to one material. For example, the metal or semiconductor material may be synthesized, and then surface modification may be further performed on the synthesized metal or semiconductor material.

그러나, 이러한 물질의 합성과 표면 개질은 별개의 장비를 통해서 수행되기 때문에, 2 개의 공정 이동 간에 오염 물질이 해당 피처리체에 첨가될 가능성이 있으며, 이러한 오염 물질의 첨가로 인해 물질의 특성을 열화시키고 수율을 저하시킬 수 있다. 또한, 각각의 별개의 장비를 사용하여 공정이 수행되어야 하기 때문에, 공정이 복잡해질 수 있다. 이러한 복잡한 공정으로 인해 제조 공정 시간이 지연될 수 있고, 필요한 각각의 반도체 소자의 제조 장비를 구매 및 유지해야 하므로 제조 비용이 상승될 수 있다. However, since the synthesis and surface modification of these materials are carried out through separate equipment, there is a possibility that contaminants may be added to the object between the two process movements, and the addition of such contaminants deteriorates the properties of the material The yield can be lowered. Also, since the process must be performed using each separate device, the process can become complicated. Such a complicated process can delay the manufacturing process time, and the manufacturing cost of each semiconductor device required to be purchased and maintained can be increased.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 2 개의 공정 이동 간의 오염 물질을 최소화하여 물질의 특성을 열화시키지 않으며 수율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 복잡한 반도체 공정을 단순화하고, 공정 온도를 낮추고, 공정 시간의 지연을 최소화할 수 있는, 물질 합성 및 표면 개질을 수행하는 2 차원 물질을 이용한 반도체 소자의 제조 장치를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for minimizing pollutants between two process movements, without deteriorating the properties of a material and improving yield, simplifying complicated semiconductor processes, And a device for fabricating a semiconductor device using a two-dimensional material that performs material synthesis and surface modification that can minimize the delay of the process time.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 전술한 이점을 갖는 2 차원 물질의 제조 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a two-dimensional material having the above-described advantages.

본 발명의 일 실시예에서, 기판 상에 피처리체를 합성하는 반응기; 상기 합성된 피처리체의 표면 개질을 수행하는 플라즈마 발생기; 및 길이 방향으로 연장되고 내부에 상기 기판이 수용되는 반응 공간을 제공하는 공용 반응 튜브를 포함하며, 상기 반응기 또는 상기 플라즈마 발생기 중 어느 하나가 선택적으로 상기 반응 공간에 인접하여 상기 피처리체에 관한 공정을 수행할 수 있도록, 상기 반응기 또는 상기 플라즈마 발생기는 상기 공용 반응 튜브의 상기 길이 방향으로 이동 가능하게 상기 공용 반응 튜브에 결합되는 반도체 소자의 제조 장치가 제공될 수 있다. 상기 플라즈마 발생기는, 상기 공용 반응 튜브의 외벽에 결합되어 상기 공용 반응 튜브 내에 전위차를 발생시킬 수 있는 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함할 수 있다. 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은 상기 공용 반응 튜브의 길이 방향으로 서로 이격되어 상기 공용 반응 튜브의 외벽에 결합될 수 있다. 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은 상기 공용 반응 튜브를 둘러싸는 환형 전극일 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 발생기는, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 중 적어도 하나를 상기 공용 반응 튜브에 고정시키는 고정 부재를 더 포함할 수 있다. 상기 제 2 전극과 결합하여 상기 전위차와 대칭되는 다른 전위차를 발생시키는 제 3 전극을 더 포함할 수 있다. 상기 반응기는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 장치, 원자 층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 장치 및 물리적 기상 증착 (Physical Vapor Deposition, PVD) 장치 중 어느 하나일 수 있다. 상기 반응기는, 상기 공용 반응 튜브가 통과되는 관통홀을 갖는 지지체; 및 상기 지지체에 결합되며 상기 반응 공간 내에 열 에너지 또는 광 에너지를 공급할 수 있는 가열 부재(저항선, 할로겐 램프, 유도 가열을 위한 코일)을 포함할 수 있다. 상기 공용 반응 튜브의 제 1 단부와 결합되는 제 1 마감 부재; 및 상기 제 1 마개 부재와 대향하며, 상기 공용 반응 튜브의 제 2 단부와 결합되는 제 2 마감 부재를 더 포함할 수 있다. 상기 제 1 마감 부재와 결합되어 상기 공용 반응 튜브 내부로 공정 가스를 주입하는 가스 공급부; 및 상기 제 2 마감 부재와 결합되어 상기 공용 반응 튜브 외부로 배출시키는 배기부를 포함할 수 있다. 상기 반응기, 상기 플라즈마 발생기 및 공용 반응 튜브 중 적어도 하나가 배치되는 받침 부재; 상기 받침 부재 상에, 상기 반응기 또는 상기 플라즈마 발생기가 상기 공용 반응 튜브의 연장 방향으로 이동하는 것을 안내하는 적어도 하나의 안내부; 및 상기 적어도 하나의 안내부와 구조적으로 결합되며, 상기 공용 반응 튜브를 지지하는 지지대를 더 포함할 수 있다. 상기 플라즈마 발생기에 제어 신호 또는 전력을 공급하고, 상기 공용 반응 튜브 내부로 플라즈마 공정 가스가 공급되거나 상기 공용 반응 튜브 외부로 상기 플라즈마 공정 가스가 배출되도록 제어하는 플라즈마 제어기를 더 포함할 수 있다. 상기 반응기에 제어 신호 또는 전력을 공급하고, 상기 반응기와 상기 반응 공간이 인접하도록, 상기 반응기의 이동을 제어하며, 상기 공용 반응 튜브 내부로 반응 공정 가스가 공급되거나 상기 공용 반응 튜브 외부로 상기 반응 공정 가스가 배출되도록 제어하는 반응 제어기를 더 포함할 수 있다. 상기 피처리체는 2 차원 물질을 포함하며, 상기 2 차원 물질은 그래핀, 육방정 질화 붕소(hexagonal boron nitride), 실리센(silicanes), 흑린(black phosphorus), 보로핀(Borophene), 전이금속 칼코겐 물질, 산화물(oxide) 중 어느 하나 또는 이의 조합을 포함할 수 있으며, 상기 표면 개질은 단계적 에칭(layer-by-layer etching), 도핑(doping), 결함 생성(defect generation), 표면 정리(surface cleaning), 친수성 조절(control of hydrophilicity) 중 적어도 하나일 수 있다. In one embodiment of the present invention, a reactor for synthesizing an object to be processed on a substrate; A plasma generator for performing surface modification of the synthesized object; And a common reaction tube extending in the longitudinal direction and providing a reaction space in which the substrate is received, wherein either one of the reactor or the plasma generator is selectively adjacent to the reaction space, The reactor or the plasma generator is coupled to the common reaction tube so as to be movable in the longitudinal direction of the common reaction tube so as to be able to perform the process. The plasma generator may include a first electrode and a second electrode coupled to an outer wall of the common reaction tube to generate a potential difference in the common reaction tube. The first electrode and the second electrode may be separated from each other in the longitudinal direction of the common reaction tube and coupled to the outer wall of the common reaction tube. The first electrode and the second electrode may be an annular electrode surrounding the common reaction tube. The plasma generator may further include a fixing member for fixing at least one of the first electrode and the second electrode to the common reaction tube. And a third electrode coupled to the second electrode to generate another potential difference that is symmetric with the potential difference. The reactor may be any one of a chemical vapor deposition (CVD) apparatus, an atomic layer deposition (ALD) apparatus, and a physical vapor deposition (PVD) apparatus. The reactor includes: a support having a through-hole through which the common reaction tube passes; And a heating member (resistance wire, halogen lamp, induction heating coil) coupled to the support and capable of supplying heat energy or light energy into the reaction space. A first closure member coupled with a first end of the common reaction tube; And a second closing member facing the first stopper member and engaging with the second end of the common reaction tube. A gas supply unit coupled to the first closing member and injecting the process gas into the common reaction tube; And an exhaust unit coupled to the second closing member to exhaust the reaction tube outside the common reaction tube. A supporting member on which at least one of the reactor, the plasma generator, and the common reaction tube is disposed; At least one guide portion for guiding the reactor or the plasma generator to move in the extending direction of the common reaction tube on the supporting member; And a support structure structurally coupled to the at least one guide portion and supporting the common reaction tube. The apparatus may further include a plasma controller for supplying a control signal or power to the plasma generator and controlling the plasma processing gas to be supplied into the common reaction tube or to discharge the plasma processing gas to the outside of the common reaction tube. A control signal or electric power is supplied to the reactor and the movement of the reactor is controlled so that the reactor and the reaction space are adjacent to each other and a reaction process gas is supplied into the common reaction tube, And a reaction controller for controlling the gas to be exhausted. Wherein the object to be processed comprises a two-dimensional material, wherein the two-dimensional material is selected from the group consisting of graphene, hexagonal boron nitride, silicanes, black phosphorus, borophene, The surface modification can include any one or combination of two or more of the following: a layer-by-layer etching, a doping, a defect generation, a surface cleaning, and control of hydrophilicity.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 피처리체가 합성될 기판을 공용 반응 튜브 내부의 반응 공간으로 이동시키는 단계; 상기 공용 반응 튜브의 상기 길이 방향으로 반응기를 이동시켜, 상기 공용 반응 튜브에 상기 반응기를 결합시키는 단계; 상기 반응 공간에 인접한 상기 반응기를 이용하여, 상기 피처리체를 합성하는 단계; 상기 반응 공간에 인접한 상기 반응기를 상기 반응 공간으로부터 소정 거리 이상 이격 시키고, 상기 공용 반응 튜브의 상기 길이 방향으로 반응기를 이동시켜, 상기 공용 반응 튜브에 상기 플라즈마 발생기를 결합시키는 단계; 및 상기 반응 공간에 인접한 상기 플라즈마 발생기를 이용하여, 상기 합성된 피처리체의 표면 개질을 수행하는 단계를 포함하는 2차원 물질의 제조 방법이 제공될 수 있다. 상기 합성된 피처리체의 표면 개질을 수행하는 단계 전, 상기 합성된 피처리체를 냉각시키는 단계가 더 포함될 수 있다. 또한, 상기 표면 개질을 갖는 피처리체를 가열하는 단계가 더 포함될 수 있다. 상기 피처리체를 합성하는 단계는, 상기 공용 반응 튜브 내부로 반응 공정 가스를 주입하는 단계; 상기 반응 공정 가스를 상기 피처리체와 반응시키는 단계; 및 상기 반응 공정 가스를 상기 공용 반응 튜브 외부로 배출하는 단계를 포함하는 단계를 포함할 수 있다. 또는 상기 합성된 피처리체의 표면 개질을 수행하는 단계는, 상기 공용 반응 튜브 내부로 플라즈마 공정 가스를 주입하는 단계; 상기 플라즈마 공정 가스를 이용하여 플라즈마를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 플라즈마를 통해, 상기 합성된 피처리체의 표면 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 반응 공정 가스 또는 상기 플라즈마 공정 가스는 염소(Cl2), 사염화탄소(CCl4), 삼염화붕소(BCl3) 같은 Cl 계열의 가스 및 사불화탄소(CF4), 삼불화질소(NF3), 육불화에탄(C2F6), 플루오로포름(CHF3), 이불화메탄(CH2F2), 프레온 가스(CClF3), 하론가스(CBrF3), 육불화황(SF6) 같은 F 계열의 가스, 산소(O2), 질소, 아르곤, 수소(H2) 그리고 덱스트로메토르판제제(HBr) 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 피처리체는 2 차원 물질을 포함할 수 있으며, 상기 2 차원 물질은 그래핀, 육방정 질화 붕소(hexagonal boron nitride), 실리센(silicanes), 흑린(black phosphorus), 보로핀(Borophene), 전이금속 칼코겐 물질, 산화물(oxide) 중 어느 하나 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 상기 표면 개질은 단계적 에칭(layer-by-layer etching), 도핑(doping), 결함 생성(defect generation), 표면 정리(surface cleaning), 친수성 조절(control of hydrophilicity) 중 하나일 수 있다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: moving a substrate to be processed to be processed to a reaction space inside a common reaction tube; Moving the reactor in the longitudinal direction of the common reaction tube and bonding the reactor to the common reaction tube; Synthesizing the object to be processed using the reactor adjacent to the reaction space; Separating the reactor adjacent to the reaction space by a predetermined distance from the reaction space and moving the reactor in the longitudinal direction of the common reaction tube to couple the plasma generator to the common reaction tube; And performing a surface modification of the synthesized object to be processed using the plasma generator adjacent to the reaction space. The method may further include cooling the synthesized object to be processed before performing the surface modification of the synthesized object to be processed. Further, the step of heating the object having the surface modification may further be included. The step of synthesizing the object to be processed may include: injecting a reaction process gas into the inside of the common reaction tube; Reacting the reaction process gas with the object to be processed; And discharging the reaction process gas to the outside of the common reaction tube. Or performing the surface modification of the synthesized object to be treated includes: injecting a plasma processing gas into the common reaction tube; Generating a plasma using the plasma process gas; And a surface treatment of the synthesized object to be processed through the generated plasma. The reaction process gas or the plasma process gas may be a Cl-based gas such as chlorine (Cl 2 ), carbon tetrachloride (CCl 4 ), boron trichloride (BCl 3 ), chlorine gas such as tetrafluoroborate (CF 4 ), nitrogen trifluoride (NF 3) ethane (C2F 6), form a fluoroalkyl (CHF 3), bedding screen methane (CH 2 F 2), freon (CClF 3), Halon gas (CBrF 3), the gas of the F series, such as sulfur hexafluoride (SF 6) , Oxygen (O 2 ), nitrogen, argon, hydrogen (H 2 ) and dextromethorphan (HBr). The object to be treated may comprise a two-dimensional material, wherein the two-dimensional material is selected from the group consisting of graphene, hexagonal boron nitride, silicanes, black phosphorus, Borophene, A metal chalcogen material, an oxide, or a combination thereof. The surface modification may be one of layer-by-layer etching, doping, defect generation, surface cleaning, and control of hydrophilicity.

본 발명의 실시예에 따르면, 반응기 또는 플라즈마 발생기 중 어느 하나가 선택적으로 반응 공간에 인접하여 피처리체에 관한 공정을 수행할 수 있도록, 상기 반응기 또는 상기 플라즈마 발생기를 공용 반응 튜브의 상기 길이 방향으로 이동 가능하게 상기 공용 반응 튜브에 결합시킴으로써, 공정 이동 간의 오염 물질을 최소화하여 물질의 특성을 저하시키지 않고, 복잡한 반도체 공정을 단순화하고, 반도체 제조 비용을 낮추며, 공정 시간의 지연을 최소화할 수 있는, 물질 합성 및 표면 개질을 수행하는 반도체 소자의 제조 장치가 제공될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the reactor or the plasma generator is moved in the longitudinal direction of the common reaction tube so that any one of the reactor or the plasma generator can selectively perform a process on the object to be processed adjacent to the reaction space. Possibly joining to said common reaction tube to minimize the contaminants between the process movements so as to simplify complex semiconductor processes without lowering the properties of the material, lowering the semiconductor manufacturing cost, and minimizing the delay of the process time. An apparatus for manufacturing a semiconductor device that performs synthesis and surface modification can be provided.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전술한 이점을 갖는 반도체 소자의 제조 방법이 제공될 수 있다.Further, according to another embodiment of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device having the above-described advantages can be provided.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 장치의 구성 블록도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 장치 에서 공용 반응 튜브 내의 피처리체에 대한 공정 처리를 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 장치 에서 반응기 또는 플라즈마 발생기의 이동 수단을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 장치의 구성 블록의 배치도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법의 흐름도이다.
도 6a 내지 도 8h는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하는 이미지이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 다양한 종류를 기체를 이용한 플라즈마 발생을 보여주는 이미지이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 표면 개질의 특성을 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 표면 개질 전 및 표면 처리 후의 피처리체의 라만 스펙트럼을 비교한 그래프이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 표면 개질 전 및 표면 처리 후의 피처리체의 표면을 나타내는 이미지이다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 실시예에 따른 표면 개질의 특성을 보여주는 도면이다.
도 12a 내지 도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 표면 개질을 통한 피처리체의 광학적 특성을 나타내는 도면 및 그래프이다. 1 is a block diagram of a semiconductor device manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figs. 2A to 2C show process steps for an object to be processed in a common reaction tube in an apparatus for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 3A and 3B are views for explaining moving means of a reactor or a plasma generator in a semiconductor device manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a layout diagram of the constitution blocks of the semiconductor device manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention.
5 is a flowchart of a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
6A to 8H are images illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
7A to 7D are images showing plasma generation using various kinds of gases according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing the characteristics of surface modification according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph comparing Raman spectra of an object to be processed before and after surface modification according to an embodiment of the present invention.
10A and 10B are images showing the surface of the object to be treated before and after the surface modification according to the embodiment of the present invention.
11A to 11C are views showing the characteristics of surface modification according to an embodiment of the present invention.
12A and 12B are diagrams and graphs showing optical characteristics of an object to be processed through surface modification according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.The embodiments of the present invention are described in order to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following embodiments may be modified into various other forms, It is not limited to the embodiment. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more faithful and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

도면에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.Like numbers refer to like elements in the drawings. Also, as used herein, the term " and / or " includes any and all combinations of any of the listed items.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수로 기재되어 있다 하더라도, 문맥상 단수를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"이란 용어는 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terms used herein are used to illustrate the embodiments and are not intended to limit the scope of the invention. Also, although described in the singular, unless the context clearly indicates a singular form, the singular forms may include plural forms. Also, the terms "comprise" and / or "comprising" used herein should be interpreted as referring to the presence of stated shapes, numbers, steps, operations, elements, elements and / And does not exclude the presence or addition of other features, numbers, operations, elements, elements, and / or groups.

본 명세서에서 기판 또는 다른 층 "상에(on)" 형성된 층에 대한 언급은 상기 기판 또는 다른 층의 바로 위에 형성된 층을 지칭하거나, 상기 기판 또는 다른 층 상에 형성된 중간 층 또는 중간 층들 상에 형성된 층을 지칭할 수도 있다. 또한, 당해 기술 분야에서 숙련된 자들에게 있어서, 다른 형상에 "인접하여(adjacent)" 배치된 구조 또는 형상은 상기 인접하는 형상에 중첩되거나 하부에 배치되는 부분을 가질 수도 있다.Reference herein to a layer formed " on " a substrate or other layer refers to a layer formed directly on top of the substrate or other layer, or may be formed on intermediate or intermediate layers formed on the substrate or other layer Layer. ≪ / RTI > It will also be appreciated by those skilled in the art that structures or shapes that are " adjacent " to other features may have portions that overlap or are disposed below the adjacent features.

본 명세서에서, "아래로(below)", "위로(above)", "상부의(upper)", "하부의(lower)", "수평의(horizontal)" 또는 "수직의(vertical)"와 같은 상대적 용어들은, 도면들 상에 도시된 바와 같이, 일 구성 부재, 층 또는 영역들이 다른 구성 부재, 층 또는 영역과 갖는 관계를 기술하기 위하여 사용될 수 있다. 이들 용어들은 도면들에 표시된 방향뿐만 아니라 소자의 다른 방향들도 포괄하는 것임을 이해하여야 한다. 또한, 본 명세서에서, 사용되는 “2 차원 물질”은 여러 개의 원자 배열이 한 층을 이루고 이 층들이 적어도 하나 이상의 층으로 배열돼 있는 2 차원 구조의 모든 물질을 지칭한다. As used herein, the terms "below," "above," "upper," "lower," "horizontal," or " May be used to describe the relationship of one constituent member, layer or regions with other constituent members, layers or regions, as shown in the Figures. It is to be understood that these terms encompass not only the directions indicated in the Figures but also the other directions of the devices. Also, as used herein, the term " two-dimensional material " refers to all materials of a two-dimensional structure in which a plurality of atomic arrays constitute one layer and these layers are arranged in at least one layer.

이하에서, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들(및 중간 구조들)을 개략적으로 도시하는 단면도들을 참조하여 설명될 것이다. 이들 도면들에 있어서, 예를 들면, 부재들의 크기와 형상은 설명의 편의와 명확성을 위하여 과장될 수 있으며, 실제 구현시, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 된다. 또한, 도면의 부재들의 참조 부호는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부재를 지칭한다. In the following, embodiments of the present invention will be described with reference to cross-sectional views schematically illustrating ideal embodiments (and intermediate structures) of the present invention. In these figures, for example, the size and shape of the members may be exaggerated for convenience and clarity of explanation, and in actual implementation, variations of the illustrated shape may be expected. Accordingly, embodiments of the present invention should not be construed as limited to any particular shape of the regions shown herein. In addition, reference numerals of members in the drawings refer to the same members throughout the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 장치(100)의 구성 블록도이다. 1 is a block diagram of a semiconductor device manufacturing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 반도체 소자의 제조 장치(100)는 기판(미도시함) 상에 피처리체(PE)를 합성하는 반응기(10), 상기 합성된 피처리체(PE)의 표면 개질을 수행하는 플라즈마 발생기(20) 및 길이 방향으로 연장되고 내부에 상기 기판이 수용되는 반응 공간을 제공하는 공용 반응 튜브(30)를 포함할 수 있다. 또한, 반응기(10) 및 플라즈마 발생기(20) 중 어느 하나가 선택적으로 반응 공간(S)에 인접하여 피처리체(PE)에 관한 공정을 수행할 수 있도록 반응기(10) 또는 플라즈마 발생기(20)는 공용 반응 튜브(30)의 상기 길이 방향으로 이동 가능하게 공용 반응 튜브(30)에 결합될 수 있다. 여기서, 반응 공간(S)은 공용 반응 튜브(30)의 특정 지점(P)에 배치된 피처리체(PE)을 중심으로 형성될 수 있으며, 반응기(10) 및 플라즈마 발생기(20)는 교대하여 공용 반응 튜브(30)의 상기 길이 방향을 따라 피처리체(PE)로 이동 가능하여 반응기(10)을 통해 피처리체(PE)가 합성되거나 플라즈마 발생기(20)를 통해 피처리체(PE)의 표면 개질이 수행될 수 있다. 예컨대, t1 시점에 반응기(10)는 공용 반응 튜브(30)의 상기 길이 방향을 따라 피처리체(PE) 또는 근처까지 이동되고, t1 보다 늦은 t2 시점에 플라즈마 발생기(20)가 공용 반응 튜브(30)의 상기 길이 방향을 따라 피처리체(PE) 또는 피처리체(PE) 근처까지 이동될 수 있다. 공용 반응 튜브(30) 내의 피처리체(PE)에 대한 공정 처리에 설명을 하기 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 설명할 것이다. 1, an apparatus 100 for manufacturing a semiconductor device includes a reactor 10 for synthesizing an object to be processed (PE) on a substrate (not shown) A plasma generator 20 and a common reaction tube 30 extending in the longitudinal direction and providing a reaction space in which the substrate is received. The reactor 10 or the plasma generator 20 may also be configured such that one of the reactor 10 and the plasma generator 20 can optionally perform a process on the subject PE adjacent to the reaction space S, And can be coupled to the common reaction tube 30 movably in the longitudinal direction of the common reaction tube 30. Here, the reaction space S may be formed around a workpiece PE disposed at a specific point P of the common reaction tube 30, and the reactor 10 and the plasma generator 20 may alternatively be shared It is possible to move to the object to be processed PE along the longitudinal direction of the reaction tube 30 so that the object to be processed PE is synthesized through the reactor 10 or the surface modification of the object to be processed PE through the plasma generator 20 . For example, at time t1, the reactor 10 is moved to the vicinity of the object PE or near the longitudinal direction of the common reaction tube 30, and at a time point t2 later than t1, the plasma generator 20 is moved to the common reaction tube 30 (PE) or the subject (PE) along the longitudinal direction of the workpiece (PE) or the workpiece (PE). The processing of the object to be processed PE in the common reaction tube 30 will be described with reference to Figs. 2A to 2C.

기판(미도시함) 및 피처리체(PE)는 지지대(HO) 상에 배치되거나 피처리체(PE)만 지지대(HO) 상에 배치될 수 있다. 지지대(HO)는 피처리체(PE)함께 공용 반응 튜브(30)의 개방된 측면의 개구(R 또는 L)을 통해, 외부에서 공용 반응 튜브(30) 내부로 유입되거나 공용 반응 튜브(30) 내부에서 외부로 배출될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 지지대(HO)는 공용 반응 튜브(30)의 특정 지점(P)에 고정될 수 있으며, 고정된 지지대(HO) 상에 피처리체(PE)가 배치될 수 있다. 또한, 공용 반응 튜브(30)는 원통형 또는 각형일 수 있으나, 본 발명에서 공용 반응 튜브(30)의 형태는 이들에 제한되지 않는다. The substrate (not shown) and the object to be processed PE may be disposed on the support HO or only the object PE may be disposed on the support HO. The supporting table HO is connected to the outside of the common reaction tube 30 through the opening R or L of the open side of the reaction tube 30 together with the object PE, As shown in FIG. In one embodiment of the present invention, the support HO can be fixed at a specific point P of the common reaction tube 30, and the treatment object PE can be placed on the fixed support HO. Further, the common reaction tube 30 may be cylindrical or angular, but the shape of the common reaction tube 30 in the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에서, 피처리체(PE)는 원자들이 한 층으로 배열되어 있는 구조를 갖는 2 차원 물질로서, 수 나노 미터 이하의 두께를 가지므로 유연하고 투명한 소자에 활용성이 높다. 여기서, 상기 2 차원 물질은 원자 한 층 또는 수 층으로 이루어진 층들이 반데르발스의 약한 결합으로 적층된 반데르발스 물질(van der Waals materials) 또는 층간 물질(layered materials)를 의미한다. 예컨대, 반데르발스 물질은 그래핀 (graphene), 육방정 질화 붕소(hexagonal boron nitride), 산화물(oxide), 전이금속칼코겐(transition metal chalcogenide, 예, MoS2, WS2, MoSe2, WSe2, ReS2, ReSe2, MoTe2, WTe2, ZrS2, ZrSe2, NbS2, NbSe2, GaSe, GaTe, InSe, Bi2Se3), 흑린(black phosphorus), 실리신(Silicene) 및 보로핀(Borophene) 중 어느 하나 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 이러한 2 차원 물질의 합성 기술은 2 차원 물질의 산업화에 가장 필수적인 요소이다. 특히, 다양한 특성을 가지는 2 차원 물질의 합성을 통해, 상기 2 차원 물질의 특성 변화 및 성장이 동시에 달성될 수 있다. 또한, 상기 2 차원 물질의 표면 특성을 변화시켜 상기 2 차원 물질의 특성을 제어할 수 있다. 이러한 상기 2 차원 물질의 특성을 다양하게 제어함으로써, 필요한 용도에 맞는 2 차원 물질이 만들어질 수 있다. 그러나, 본 발명에서, 피처리체(PE)는 2 차원 물질에 한정되지 않는다. In one embodiment of the present invention, the object to be treated (PE) is a two-dimensional material having a structure in which atoms are arranged in a single layer, and has a thickness of several nanometers or less. Here, the two-dimensional material refers to van der Waals materials or layered materials in which one or more layers of atoms are laminated by weak bonds of van der Waals. For example, the van der Waals material can be selected from the group consisting of graphene, hexagonal boron nitride, oxide, transition metal chalcogenide (e.g. MoS 2 , WS 2 , MoSe 2 , WSe 2 , ReS 2 , MoSe 2 , MoTe 2 , WTe 2 , ZrS 2 , ZrSe 2 , NbS 2 , NbSe 2 , GaSe, GaTe, InSe, Bi 2 Se 3 , black phosphorus, Silicene, Pin (Borophene), or a combination thereof. The synthesis technique of two-dimensional material is the most essential factor for the industrialization of two-dimensional material. Particularly, through the synthesis of a two-dimensional material having various characteristics, the characteristic change and growth of the two-dimensional material can be simultaneously achieved. In addition, the characteristics of the two-dimensional material can be controlled by changing the surface characteristics of the two-dimensional material. By controlling the characteristics of the two-dimensional material in various ways, a two-dimensional material suitable for a required use can be produced. However, in the present invention, the object to be treated (PE) is not limited to a two-dimensional material.

공용 반응 튜브(30)는 유리, 석영, 스테인레스, 알루미나, 사파이어, 및 세라믹 중 어느 하나를 포함일 수 있다. 일 실시예에서, 공용 반응 튜브(30)는 고주파가 투과할 수 있는 유전체로 구성될 수 있다. 공용 반응 튜브(30)가 석영과 같이 자외선이 바로 투과할 수 있는 재질을 선택하는 경우, 자외선을 바로 피처리체(PE)에 공급됨으로써, 살균 효과를 가질 수 도 있다. 그러나, 본 발명에서, 공용 반응 튜브(30)의 재질은 이들에 한정되지 않으며, 경우에 따라서, 전기 절연성이 좋아 전기 부품으로 많이 사용되는 폴리카보네이트(polycarbonate) 및 폴리에틸렌(polyethylene)과 같은 합성수지를 사용할 수도 있으며, 에폭시(epoxy)로 충전된 유리 적층물을 사용할 수도 있다. 상기 표면 개질은 단계적 에칭(layer-by-layer etching), 도핑(doping), 결함 생성(defect generation), 표면 정리(surface cleaning), 친수성 조절(control of hydrophilicity) 중 적어도 하나일 수 있다. The common reaction tube 30 may include any one of glass, quartz, stainless steel, alumina, sapphire, and ceramics. In one embodiment, the common reaction tube 30 may be composed of a dielectric that is permeable to high frequencies. When the common reaction tube 30 is made of a material such as quartz, which can directly transmit ultraviolet rays, ultraviolet rays may be directly supplied to the object to be processed (PE), thereby obtaining a sterilizing effect. However, in the present invention, the material of the common reaction tube 30 is not limited thereto, and in some cases, a synthetic resin such as polycarbonate and polyethylene, which is widely used as an electric part, Alternatively, a glass laminate filled with epoxy may be used. The surface modification may be at least one of layer-by-layer etching, doping, defect generation, surface cleaning, and control of hydrophilicity.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 장치 에서 공용 반응 튜브 내의 피처리체에 대한 공정 처리를 도시한다. Figs. 2A to 2C show process steps for an object to be processed in a common reaction tube in an apparatus for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 2a를 참조하면, 반응기(10)는 t1 시점에 이동되어(M) 반응기(10)는 피처리체(PE)가 배치된 반응 공간(S)을 포함하며, 피처리체(PE)가 반응 공간(S) 내부의 공정 가스와 반응하도록 열 에너지 또는 광 에너지를 반응 공간(S) 내부에 제공할 수 있다. 반응기(10)의 관통홀의 직경은 공용 반응 튜브(30)의 직경보다 같거나 클 수 있다. 반응기(10)의 관통홀의 직경이 공용 반응 튜브(30)의 직경보다 클 경우, 반응기(10)의 관통홀과 공용 반응 튜브(30) 사이 공간(SP)이 형성될 수 있다. Referring to FIG. 2A, the reactor 10 is moved at a time point t1, and the reactor 10 includes a reaction space S in which a subject PE is disposed, S in the reaction space S so as to react with the process gas inside the reaction space S. The diameter of the through-hole of the reactor 10 may be equal to or greater than the diameter of the common reaction tube 30. When the diameter of the through hole of the reactor 10 is larger than the diameter of the common reaction tube 30, a space SP between the through hole of the reactor 10 and the common reaction tube 30 can be formed.

도 2b를 참조하면, 반응기(10)는 t1 시점보다 늦은 t2 시점에 도 2a의 반응기(10)는 반응 공간(S)로부터 소정 거리 이상 이격시켜 이동될 수 있다(미도시됨). 상기 소정 거리는 반응기(10)가 반응 공간(S) 내에 수행되는 공정에 영향을 미치지 못하는 최소 이격 거리이거나, 플라즈마 발생기(20)가 반응 공간(S)으로 이동 가능한 정도의 공간 확보를 위한 최소 이격 거리일 수 있다. 반응기(10)가 반응 공간(S)로부터 소정 거리 이격 배치된 후, 플라즈마 발생기(20)가 반응 공간(S)으로 이동(M)되어 플라즈마 발생기(20)는 피처리체(PE)가 배치된 반응 공간(S)을 포함할 수 있으며, 플라즈마 발생기(20)는 피처리체(PE)가 반응 공간(S) 내부의 공정 가스와 반응하도록 플라즈마를 발생시킬 수 있다. Referring to FIG. 2B, the reactor 10 of FIG. 2A may be moved away from the reaction space S by a predetermined distance (not shown) at time t2 later than the time t1. The predetermined distance may be a minimum separation distance that does not affect the process in which the reactor 10 is performed in the reaction space S or a minimum separation distance for securing a space in which the plasma generator 20 can move to the reaction space S Lt; / RTI > After the reactor 10 is disposed at a predetermined distance from the reaction space S, the plasma generator 20 moves to the reaction space S so that the plasma generator 20 generates a reaction And the plasma generator 20 may generate a plasma such that the object to be treated PE reacts with the process gas inside the reaction space S.

본 발명의 다른 실시예에서, 도 2c와 같이, 반응 공간(S)은 고정이며, 플라즈마 발생기(20)가 반응 공간(S)의 인접한 곳에 배치되어 동작할 수 있다. 도 2c를 참조하면, 반응기(10) 내부가 피처리체(PE)가 배치된 반응 공간(S)을 포함하도록 이동되고, 플라즈마 발생기(20)는 반응 공간(S)에 인접하도록 이동될 수 있다. 즉, 플라즈마 발생기(20)는 반응기(10)와 인접한 곳에 이동되어 배치될 수 있다. 여기서, 도 2a와 같이, 반응기(10)는 t1 시점에 열 에너지 또는 광 에너지를 반응 공간(S) 내부에 제공하여 피처리체(PE)를 반응 공간(S) 내부의 공정 가스와 반응시키고, 반응기(10)에 인접한 플라즈마 발생기(20)는 t2 시점에 피처리체(PE)가 반응 공간(S) 내부의 공정 가스와 반응하도록 플라즈마를 발생시켜서 인접한 반응 공간(S)으로 제공할 수 있다. 다시 말해, t2 시점에 플라즈마 발생기(20)에 의해 플라즈마가 발생되고, 인접한 반응 공간(S)으로 공정 가스의 이온종 및/또는 중성 라디컬들이 확산될 수 있다. 예를 들면, 도 2c의 반응기(10)를 통해 그래핀 성장 시 메탄 가스의 분해를 도와 카본이 낮은 온도에서 생성되면 그래핀의 성장 온도를 낮출 수 있으며, 도 2c의 플라즈마 발생기(20)를 통해 산소 라디컬을 그래핀 합성 중 발생시켜 그래핀 층 수나 결정립의 크기와 같은 특성을 제어할 수 있다. In another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2C, the reaction space S is fixed, and the plasma generator 20 can be placed and operated adjacent to the reaction space S. Referring to FIG. 2C, the inside of the reactor 10 is moved to include a reaction space S in which the object PE is disposed, and the plasma generator 20 can be moved adjacent to the reaction space S. That is, the plasma generator 20 can be moved and disposed adjacent to the reactor 10. 2A, the reactor 10 is provided with thermal energy or light energy in the reaction space S at time t1 to react the object PE with the process gas in the reaction space S, The plasma generator 20 adjacent to the plasma generator 10 may generate a plasma so that the object to be processed PE reacts with the process gas in the reaction space S at a time point t2 to provide the reaction space S to the adjacent reaction space S. In other words, at time t2, a plasma is generated by the plasma generator 20 and ion species and / or neutral radicals of the process gas can be diffused into the adjacent reaction space S. For example, when the carbon is produced at a low temperature, the growth temperature of the graphene can be lowered through the reactor 10 of FIG. 2 (c) Oxygen radicals can be generated during graphene synthesis to control properties such as the number of graphene layers and the grain size.

도 3a은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 장치에서 이동 수단을 포함하는 반응기(10)의 설명을 위한 도면이다. 반응기(10)는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 장치, 원자 층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 장치 및 물리적 기상 증착 (Physical Vapor Deposition, PVD) 장치 중 어느 하나일 수 있다. 상기 CVD 장치는 상압 화학적 증착(Atmospheric Pressure CVD, APCVD), 저압화학적증착(Low Pressure CVD, LPCVD), 플라즈마 화학적 증착(Plasma Enhanced CVD, PECVD) 및 유기금속기상증착법(Metal-organic CVD, MOCVD) 중 어느 하나를 이용할 수 있으며, 상기 PVD 장치는 열증발진공증착법(Thermal evaporation deposition), 스퍼터링증착법(Sputtering deposition) 및 이온빔보조증착법(Ion-beam assisted deposition) 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 3A is a view for explaining a reactor 10 including moving means in an apparatus for manufacturing semiconductor devices according to an embodiment of the present invention. The reactor 10 may be any one of a chemical vapor deposition (CVD) apparatus, an atomic layer deposition (ALD) apparatus, and a physical vapor deposition (PVD) apparatus. The CVD apparatus may be fabricated by any of the following methods: atmospheric pressure CVD (APCVD), low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), and metal-organic CVD (MOCVD) The PVD device may be one of a thermal evaporation deposition method, a sputtering deposition method, and an ion beam assisted deposition method.

도 3a를 참조하면, 반응기(10)는 공용 반응 튜브(30)가 통과되는 관통홀을 갖는 지지체(HT) 및 지지체(HT)에 결합되며 반응 공간(S) 내부에 열 에너지 또는 광 에너지를 공급할 수 있는 가열 부재(미도시함)를 포함할 수 있다. 또한, 지지체(HT)는 상기 가열 부재로부터의 열 에너지 또는 광 에너지를 공용 반응 튜브(30)로 전달할 수 있다. 상기 가열 부재는 저항선 또는 유도 가열을 위한 코일이 패턴을 가지며 지지체(HT) 내벽 또는 외벽에 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명에서, 상기 반응 에너지 발생 소스는 이들에 제한되지 않는다. 예컨대, 상기 가열 부재는 할로겐 램프 또는 전도성을 갖는 금속 박막이 증착된 면상 발열체가 이용될 수 있다. 3A, the reactor 10 is connected to a support HT having a through hole through which the common reaction tube 30 is passed and a support HT, and supplies heat energy or light energy to the reaction space S (Not shown). In addition, the support HT can transfer thermal energy or light energy from the heating member to the common reaction tube 30. The heating member may have a coil pattern for resistance wire or induction heating and may be formed on the inner wall or outer wall of the support HT. However, in the present invention, the reaction energy generating source is not limited thereto. For example, the heating member may be a halogen lamp or a surface heating element on which a thin metal film having conductivity is deposited.

또한, 반응기(10)는 관통홀을 통해 공용 반응 튜브(30)의 길이 방향(예: x 방향)으로 이동하도록 하기 위해, 공용 반응 튜브(30)의 연장 방향으로 이동하는 것을 안내하는 적어도 하나의 안내부(GR1, GR2)가 결합될 수 있다. 예컨대, 반응기(10)는 바퀴 형태 또는 슬라이드 형태의 레일을 통해 안내되어 이동될 수 있다. The reactor 10 is also provided with at least one guide tube 30 for guiding movement in the direction of extension of the common reaction tube 30 so as to move in the longitudinal direction (e.g., x direction) of the common reaction tube 30 through the through- The guide portions GR1 and GR2 can be coupled. For example, the reactor 10 may be guided and moved through a rail in the form of a wheel or a slide.

도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 장치에서 이동 수단을 포함하는 플라즈마 발생기(20)를 설명하기 위한 도면이다.3B is a view for explaining a plasma generator 20 including moving means in an apparatus for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 3b를 참조하면, 플라즈마 발생기(20)는 공용 반응 튜브(30)의 외벽에 결합되어 공용 반응 튜브(30) 내부에 전위차를 발생시킬 수 있는 제 1 전극(G1) 및 제 2 전극(G2)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제 3 전극(G3)가 더 포함될 수 있다. 제 1 전극(G1), 제 2 전극(G2) 및 제 3 전극(G3)은 공용 반응 튜브(30)를 둘러싸는 환형 전극일 수 있다. 그러나, 본 발명에서 이들에 한정되지 않는다. 3B, the plasma generator 20 includes a first electrode G1 and a second electrode G2 coupled to the outer wall of the common reaction tube 30 and capable of generating a potential difference within the common reaction tube 30, . ≪ / RTI > In one embodiment, a third electrode G3 may be further included. The first electrode G1, the second electrode G2, and the third electrode G3 may be annular electrodes surrounding the common reaction tube 30. However, the present invention is not limited to these.

제 1 전극(G1), 제 2 전극(G2) 및 제 3 전극(G3)은 공용 반응 튜브(30)의 길이 방향으로 서로 이격되어 공용 반응 튜브(30)의 외벽에 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 전극(G1), 제 2 전극(G2) 및 제 3 전극(G3)은 일체화되어 구현될 수 있으며, 제 1 전극(G1)과 제 2 전극(G2) 사이 그리고 제 2 전극(G2)과 제 3 전극(G3) 사이는 절연체로 분리될 수 있다. The first electrode G1, the second electrode G2 and the third electrode G3 may be separated from each other in the longitudinal direction of the common reaction tube 30 and coupled to the outer wall of the common reaction tube 30. In one embodiment, the first electrode G1, the second electrode G2, and the third electrode G3 may be implemented as an integral unit, and may be implemented between the first electrode G1 and the second electrode G2, The gap between the electrode G2 and the third electrode G3 may be separated by an insulator.

또한, 제 1 전극(G1) 및 제 3 전극(G3)은 접지와 연결되며 제 2 전극(G2)은 교류 전원 또는 직류 전원과 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 전극(G1) 및 제 3 전극(G3)은 교류 전원 또는 직류 전원과 연결되며 제 2 전극(G2)은 접지와 연결될 수 있다. The first electrode G1 and the third electrode G3 may be connected to the ground, and the second electrode G2 may be connected to an AC power source or a DC power source. In an embodiment, the first electrode G1 and the third electrode G3 may be connected to an AC power source or a DC power source, and the second electrode G2 may be connected to a ground.

제 1 전극(G1) 및 제 3 전극(G3)은 접지와 연결되어 제 2 전극(G2)을 통해 교류 전원 또는 직류 전원이 공급되거나, 제 2 전극(G2)이 접지와 연결되고 제 1 전극(G1) 및 제 3 전극(G3)을 통해 교류 전원 또는 직류 전원이 공급되거나 교류 전원 또는 직류 전원이 공급됨으로써, 반응 공간(S) 내에서 플라즈마의 분포가 대칭적으로 유지될 수 있다. 반면, 제 3 전극(G3)이 없는 환경에서, 제 1 전극(G1)이 접지와 연결되고 제 2 전극(G2)을 통해 교류 전원 또는 직류 전원이 공급되거나, 제 2 전극(G2)이 접지와 연결되고 제 1 전극(G1)을 통해 교류 전원 또는 직류 전원이 공급될 때, 반응 공간(S) 내에서 플라즈마의 분포가 비대칭적으로 유지될 수 있다. The first electrode G1 and the third electrode G3 are connected to the ground and the AC or DC power is supplied through the second electrode G2. The second electrode G2 is connected to the ground, The distribution of the plasma in the reaction space S can be symmetrically maintained by supplying the AC power or the DC power through the first electrode G1 and the third electrode G3 or by supplying the AC power or the DC power. On the other hand, in an environment in which the third electrode G3 is not provided, the first electrode G1 is connected to the ground, the AC power or the DC power is supplied through the second electrode G2, or the second electrode G2 is grounded The distribution of the plasma in the reaction space S can be maintained asymmetrically when the AC power or the DC power is supplied through the first electrode G1.

플라즈마 발생기(20)는, 제 1 전극(G1), 제 2 전극(G2) 및 제 3 전극(G3) 중 적어도 하나를 공용 반응 튜브(30)에 고정시키는 고정 부재(BT)를 더 포함할 수 있다. 고정 부재(BT)는 볼트, 스크류, 나사 중 어느 하나일 수 있지만 이들에 제한되지 않는다. The plasma generator 20 may further include a fixing member BT for fixing at least one of the first electrode G1, the second electrode G2 and the third electrode G3 to the common reaction tube 30 have. The fixing member BT may be any one of a bolt, a screw, and a screw, but is not limited thereto.

4 개의 고정 부재(BT)가 공용 반응 튜브(30)와 결합되어, 제 1 전극(G1), 제 2 전극(G2) 또는 제 3 전극(G3)은 각각 일체형으로 공용 반응 튜브(30)에 고정될 수 있다. 그러나, 4 개의 고정 부재(BT)는 하나의 예시일 뿐, 전극마다 4 개 이하 또는 4 개 이상의 고정 부재(BT)가 사용될 수 있다. The four fixing members BT are combined with the common reaction tube 30 so that the first electrode G1, the second electrode G2 or the third electrode G3 are integrally fixed to the common reaction tube 30 . However, the four fixing members BT are only one example, and four or less or four or more fixing members BT may be used for each electrode.

본 발명의 다른 실시예에서, 전극(G1), 제 2 전극(G2) 또는 제 3 전극(G3)은 일체형 대신 하기 도 3c와 같이, 상하로 분리될 수 있다. 이하, 전극(G1), 제 2 전극(G2) 또는 제 3 전극(G3)는 분리형 전극이라 칭하다. In another embodiment of the present invention, the electrode G1, the second electrode G2 or the third electrode G3 may be separated vertically instead of integrally as shown in Fig. 3c. Hereinafter, the electrode G1, the second electrode G2 or the third electrode G3 is referred to as a separable electrode.

도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생기(20)의 분리형 전극(G1, G2, G3)을 설명하기 위한 도면이다.3C is a view for explaining the separated electrodes G1, G2 and G3 of the plasma generator 20 according to the embodiment of the present invention.

도 3c를 참조하면, 분리형 전극(G1, G2 또는 G3)은 제 1 서브 전극(SG1)과 제 2 서브 전극(SG2)를 포함할 수 있으며, 제 1 서브 전극(SG1)과 제 2 서브 전극(SG2)는 각각 양쪽 돌출부(T1, T2)를 더 포함할 수 있다. 양쪽 돌출부(T1, T2)를 통해 고정 부재(BT2, BT4)를 체결함으로써, 제 1 서브 전극(SG1)과 제 2 서브 전극(SG2)은 결합될 수 있다. 100A는 고정 부재(BT2, BT4)가 돌출부(T1, T2)를 통해 체결되기 전의 분리형 전극(G1, G2 또는 G3)이고, 100B는 고정 부재(BT2, BT4)가 돌출부(T1, T2)를 통해 체결된 후의 분리형 전극(G1, G2 또는 G3)을 보여준다. 여기서, 고정 부재(BT2, BT4)는 제 1 서브 전극(SG1)과 제 2 서브 전극(SG2)를 결합하는데 이용되는 반면 고정 부재(BT1, BT3)는 분리형 전극(G1, G2 또는 G3)을 공용 반응 튜브(30)에 고정시키는데 이용될 수 있다. Referring to FIG. 3C, the separable electrode G1, G2, or G3 may include a first sub-electrode SG1 and a second sub-electrode SG2. The first sub-electrode SG1 and the second sub- SG2 may further include both protrusions T1 and T2, respectively. The first sub-electrode SG1 and the second sub-electrode SG2 can be coupled by fastening the fixing members BT2 and BT4 through the protruding portions T1 and T2. Reference numeral 100A denotes a separable electrode G1, G2 or G3 before the fixing members BT2 and BT4 are fastened through the protrusions T1 and T2 and 100B denotes a case where the fixing members BT2 and BT4 are separated from the protrusions T1 and T2 (G1, G2 or G3) after being clamped. Here, the fixing members BT2 and BT4 are used for coupling the first sub-electrode SG1 and the second sub-electrode SG2, while the fixing members BT1 and BT3 are used for connecting the separable electrodes G1, G2, And may be used to fix the reaction tube 30.

분리형 전극(G1, G2 또는 G3)은 서브 전극들로 분리되기 때문에, 도 3b의 일체형 전극보다는 플라즈마 발생의 위치 또는 플라즈마 발생기(20)를 반응 공간(S)으로 용이하게 이동시킬 수 있다. 예컨대, 고정 부재(BT2, BT4)의 전체 또는 일부를 풀어서, 분리형 전극(G1, G2 또는 G3)이 공용 반응 튜브(30)의 길이 방향(또는 수평 방향)으로 이동이 가능할 뿐 아니라 길이 방향과 수직한 방향으로 탈부착이 가능함으로써, 도 3b의 일체형 전극보다 플라즈마 발생기(20) 이동의 자유도가 높다. Since the separate electrodes G1, G2, or G3 are separated into sub-electrodes, the position of plasma generation or the plasma generator 20 can be easily moved to the reaction space S rather than the integral electrode of FIG. 3B. For example, by releasing all or a part of the fixing members BT2 and BT4, not only the separable electrodes G1, G2, or G3 can move in the longitudinal direction (or the horizontal direction) of the common reaction tube 30, Since it is possible to attach and detach in one direction, the degree of freedom of movement of the plasma generator 20 is higher than that of the integral electrode of FIG. 3B.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 장치의 구성 블록의 배치도이다. 4 is a layout diagram of the constitution blocks of the semiconductor device manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 반도체 소자의 제조 장치(100)는 반응기(10), 플라즈마 발생기(20) 및 공용 반응 튜브(30) 중 적어도 하나가 배치되는 받침 부재(TA), 받침 부재(TA) 상에, 반응기(10) 또는 플라즈마 발생기(20)의 이동을 안내하는 안내부(GR)를 더 포함할 수 있다. 또한, 반도체 소자의 제조 장치(100)는 공용 반응 튜브(30)의 제 1 단부와 결합되는 제 1 마감 부재(BL1) 및 제 1 마개 부재(BL1)와 대향하며, 공용 반응 튜브(30)의 제 2 단부와 결합되는 제 2 마감 부재(BL2)를 더 포함할 수 있다. 또한, 제 1 마감 부재(BL1)와 결합되어 공용 반응 튜브(30) 내부로 공정 가스를 주입하는 가스 공급부(IL) 및 상기 제 2 마감 부재와 결합되어 상기 공용 반응 튜브 외부로 배출시키는 배기부(OL)를 포함할 수 있다. 4, an apparatus 100 for manufacturing a semiconductor device includes a support member TA on which at least one of the reactor 10, the plasma generator 20, and the common reaction tube 30 is disposed, (GR) for guiding the movement of the reactor (10) or the plasma generator (20). The apparatus 100 for manufacturing a semiconductor device also includes a first reaction tube 30 which is opposed to a first closing member BL1 and a first stopper member BL1 which are engaged with a first end of the common reaction tube 30, And a second closing member BL2 coupled with the second end. A gas supply unit IL coupled to the first closing member BL1 for injecting the process gas into the common reaction tube 30 and an exhaust unit connected to the second closing member and discharged to the outside of the common reaction tube OL).

일 실시예에서, 반도체 소자의 제조 장치(100)는 플라즈마 발생기(20)에 인터페이스(L2)를 통해 제어 신호 또는 전력을 공급하고, 공용 반응 튜브(30) 내부로 플라즈마 공정 가스가 공급되거나 상기 공용 반응 튜브 외부로 상기 플라즈마 공정 가스가 배출되도록 가스 공급부(IL) 또는/및 배기부(OL)를 제어하는 플라즈마 제어기(41)를 더 포함할 수 있다. The apparatus 100 for manufacturing a semiconductor device supplies a control signal or electric power to the plasma generator 20 through the interface L2 and supplies the plasma processing gas to the common reaction tube 30, And a plasma controller 41 for controlling the gas supply part IL and / or the discharge part OL so that the plasma processing gas is discharged outside the reaction tube.

반도체 소자의 제조 장치(100)는 반응기(10)에 제어 신호 또는 전력을 공급하고, 반응기(10)의 이동을 제어하며, 공용 반응 튜브(30) 내부로 반응 공정 가스가 공급되거나 공용 반응 튜브(30) 외부로 상기 반응 공정 가스가 배출되도록 가스 공급부(IL) 또는/및 배기부(OL)를 제어하는 반응 제어기(40)를 더 포함할 수 있다. The semiconductor device manufacturing apparatus 100 supplies a control signal or electric power to the reactor 10 to control the movement of the reactor 10 and to supply the reaction process gas into the common reaction tube 30, And a reaction controller 40 for controlling the gas supply unit IL and / or the exhaust unit OL so that the reaction process gas is discharged to the outside of the reactor.

반응 제어기(40) 및 플라즈마 제어기(41)는 하나의 제어 모듈로서 구현될 수 있으며, 상기 제어 모듈은 전반적인 반도체 소자의 제조 장치(100)를 제어하는 모듈로서 적어도 하나의 프로세서 칩, 소프트웨어 또는 이들의 집합체로 구현될 수 있다. 예컨대, 상기 제어 모듈은 공용 반응 튜브(30)의 반응 공간(A) 내에 배치된 피처리체의 합성 및 표면 개질이 수행될 수 있도록, 반응기(10), 플라즈마 발생기(20), 가스 공급부(IL) 또는/및 배기부(OL) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 더불어, 반응 제어기(40) 또는 플라즈마 제어기(41)는 입력 모듈, 출력 모듈 및 전력 공급 모듈을 더 포함할 수 있다. The reaction controller 40 and the plasma controller 41 may be embodied as one control module and the control module may be a module for controlling the overall semiconductor device manufacturing apparatus 100 and may include at least one processor chip, Can be implemented as an aggregate. For example, the control module may include a reactor 10, a plasma generator 20, a gas supply unit IL, and a gas supply unit 22 so that the synthesis and surface modification of the object disposed in the reaction space A of the common reaction tube 30 can be performed. And / or the exhaust OL. In addition, the reaction controller 40 or the plasma controller 41 may further include an input module, an output module, and a power supply module.

상기 제어 모듈은 후술할 입력 모듈에 의해 선택된 플라즈마 처리의 종류 또는/및 상기 선택된 플라즈마 처리를 위한 입력 파라미터(예: 기체 종류/유량, 주파수, 전력, 시간)에 대한 정보를 상기 입력 모듈로부터 수신하고, 상기 선택된 플라즈마 처리를 위한 입력 파라미터를 결정할 수 있다. 또한, 상기 제어 모듈은 그 결과를 후술할 출력 모듈로 제공할 수 있다. The control module receives from the input module information on the kind of plasma processing selected by the input module to be described later and / or input parameters (e.g., gas type / flow rate, frequency, power, time) for the selected plasma processing , An input parameter for the selected plasma process can be determined. Further, the control module may provide the result to an output module to be described later.

또한, 상기 제어 모듈은 상기 선택된 플라즈마 처리에 대응하는 주파수를 갖는 전력이 플라즈마 발생기(20)로 공급될 수 있도록 전력 공급 모듈(미도시함)을 제어할 수 있다. 상기 제어 모듈은 상기 선택된 플라즈마 처리에 대응하는 기체 유량이 외부에서 공용 반응 튜브(30)로 공급되도록 제어할 수 있다. 상기 제어 모듈은 상기 선택된 플라즈마 처리에 따라 기결정된 시간 동안 플라즈마가 형성되도록 플라즈마 발생기(20)를 제어할 수 있다. In addition, the control module may control a power supply module (not shown) so that power having a frequency corresponding to the selected plasma processing can be supplied to the plasma generator 20. [ The control module may control the gas flow rate corresponding to the selected plasma process to be supplied from the outside to the common reaction tube 30. [ The control module may control the plasma generator 20 to form a plasma for a predetermined time according to the selected plasma processing.

상기 전력 공급 모듈은 상기 제어 모듈의 제어에 따라, 상기 선택된 플라즈마 처리에 대응하는 전력을 플라즈마 발생기(20)에 공급할 수 있다. 전력 공급 모듈(20)에 대한 상세한 설명은 하기 도 2에 후술하도록 한다.The power supply module may supply the plasma generator 20 with power corresponding to the selected plasma processing, under the control of the control module. The power supply module 20 will be described in detail below with reference to FIG.

공용 반응 튜브(30)는 내부에 피처리체가 배치되며, 상기 전력 공급 모듈로부터 공급받은 상기 선택된 플라즈마 처리에 대응하는 전력과 상기 제어 모듈의 제어에 따라 유입되는 공정 가스(예: 반응 가스 또는 플라즈마 처리를 위한 가스)를 기반으로, 기결정된 시간 동안 화학 반응 또는 플라즈마를 발생시켜서, 피처리체(PE)의 특성을 변화시킬 수 있다. 상기 플라즈마 처리는 플라즈마 상태에서 발생하는 이온종에 의해 물리적 반응 기구와 플라즈마 상태에서 발생하는 중성종에 의한 화학적 반응 기구 중 적어도 하나에 의해 수행될 수 있다. The common reaction tube 30 is disposed with an object to be processed therein, and the electric power corresponding to the selected plasma processing supplied from the electric power supply module and the process gas (for example, reactive gas or plasma processing , The chemical reaction or the plasma can be generated for a predetermined period of time to change the properties of the object to be treated (PE). The plasma treatment may be performed by at least one of a physical reaction mechanism by ion species generated in a plasma state and a chemical reaction mechanism by a neutral species generated in a plasma state.

상기 입력 모듈은 반도체 소자의 제조 장치(100)의 동작 제어를 위한 입력 데이터를 발생시키고 이를 상기 제어 모듈로 제공할 수 있다. 상기 입력 모듈은 키 패드(key pad), 키보드, 기구 물리적 또는 전기 기계식 스위치(예: 스위치 기어, 압력 스위치, 푸시 버튼 스위치, 돔 스위치), 터치 패드(정압/정전), 터치 패널, 조그 휠, 조그 스위치, 음성인식 장치 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 하지만, 본 발명에서 입력 모듈(40)의 구성은 이들에 한정되지 않는다. The input module may generate input data for operation control of the semiconductor device manufacturing apparatus 100 and provide the input data to the control module. The input module may be a keypad, a keyboard, a mechanical or electro-mechanical switch (e.g., a switchgear, a pressure switch, a pushbutton switch, a dome switch), a touch pad (static / A jog switch, a voice recognition device, or a combination thereof. However, the configuration of the input module 40 in the present invention is not limited to these.

예컨대, 사용자 인터페이스 또는 사용자 입력(혹은 조작)에 의해, 피처리체의 특성 변화와 관련된 다수의 플라즈마 처리들 중 어느 하나가 선택될 때, 상기 입력 모듈은 선택된 플라즈마 처리와 관련된 입력 파라미터에 대한 정보를 상기 제어 모듈로 제공할 수 있다. 상기 선택된 플라즈마 처리는 단계적 에칭(layer-by-layer etching), 도핑(doping), 결함 생성(defect generation), 표면 정리(surface cleaning), 친수성 조절(control of hydrophilicity) 중 하나일 수 있고, 상기 입력 파라미터는 상기 선택된 플라즈마 처리를 위한 기체 종류/유량, 주파수, 전력 및 시간 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 결함 생성을 위한 제 1 플라즈마 처리가 선택될 때, 상기 입력 모듈은 기체 종류/유량에 관한 정보인 예를 들면, O2/20 sccm, 주파수에 관한 정보인 50 kHz, 전력에 관한 정보인 50 W, 및 시간에 관한 정보인 5 초와 같은 입력 파라미터 값들을 상기 제어 모듈로 제공하고, 단계적 에칭을 위한 제 2 플라즈마 처리가 선택될 때, 50 W, 100 kHz, 20 sccm, O2, 3분과 같은 입력 파라미터 값들을 상기 제어 모듈로 제공하고, 도핑을 위한 제 3 플라즈마 처리가 선택될 때, 상기 입력 모듈은 기체 종류/유량에 관한 정보인 O2/20 sccm, 주파수에 관한 정보인 20 kHz, 전력에 관한 정보인 20 W, 및 시간에 관한 정보인 10 초와 같은 입력 파라미터 값들을 상기 제어 모듈(10)로 제공할 수 있다. 전술한 플라즈마 처리들에서, 구체적인 파라미터 값들은 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. For example, when either one of a plurality of plasma processes related to a property change of a subject is selected by a user interface or a user input (or operation), the input module inputs information about an input parameter associated with the selected plasma process And can be provided as a control module. The selected plasma processing may be one of layer-by-layer etching, doping, defect generation, surface cleaning, and control of hydrophilicity, The parameters may include at least one of gas type / flow rate, frequency, power and time for the selected plasma processing. For example, when the first plasma processing for the defect generation is selected, the input module, the gas kind / flow rate, for the information of for example about, O 2/20 sccm, of 50 kHz, on the power information about the frequency information of 50 W, and provided the input parameter value, such as 5 seconds with respect to time by the control module, and when the second plasma process is selected for a step-by-step etching, 50 W, 100 kHz, 20 sccm, O 2 , providing the input parameter value, such as 3 minutes and to the control module, and when a third plasma treatment for doping is selected, the input module, the information about the information of O 2/20 sccm, the frequency relating to the gas kind / flow 20 kHz, 20 W of information on power, and 10 seconds of information on time, to the control module 10. In the above-described plasma processes, the specific parameter values are only illustrative and the present invention is not limited thereto.

일부 실시예에서, 상기 입력 파라미터 값은 플라즈마 처리의 종류뿐만 아니라 특성을 변화시키려는 피처리체의 종류에 따라서 변경될 수 있다. 예를 들어, 그래핀에 대해 플라즈마 에칭을 하는 경우의 입력 파라미터(예: 기체 종류/유량, 주파수, 전력 및 시간)하고 전이금속 칼코겐에 대해 플라즈마 에칭을 하는 경우의 입력 파라미터는 서로 상이하게 설정될 수 있다. In some embodiments, the input parameter value may be changed depending on the kind of the plasma processing, as well as the type of the object to which the characteristic is to be changed. For example, the input parameters (for example, gas type / flow rate, frequency, power and time) in the case of plasma etching for graphene and the input parameters in plasma etching for transition metal chalcogen are set to be different from each other .

상기 출력 모듈은 동작 제어를 위한 출력 데이터를 상기 제어 모듈로부터 수신하고, 이를 처리할 수 있다. 상기 출력 모듈은 LCD(Liquid Crystal Display) 디스플레이 같은 표시 장치, 스피커, LED 표시등, 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 하지만, 본 발명에서 상기 출력 모듈의 구성은 이들에 한정되지 않는다. 일부 실시예에서, 상기 입력 모듈과 상기 출력 모듈은 하나의 디스플레이 장치로 통합될 수 있다. 예컨대, 디스플레이 장치에서 터치 입력이 발생되면, 터치 입력에 대응하는 출력 결과가 표시될 수 있다. The output module may receive output data for operation control from the control module and process the output data. The output module may be a display device such as an LCD (Liquid Crystal Display) display, a speaker, an LED display, or a combination thereof. However, the configuration of the output module in the present invention is not limited to these. In some embodiments, the input module and the output module may be integrated into a single display device. For example, when a touch input is generated in the display device, an output result corresponding to the touch input can be displayed.

전술한 실시예들에 따르면, 반응기(10)와 플라즈마 발생기(20)를 하나의 공용 반응 튜브(30)를 통해, 반응 공간을 제공함으로써. 증착 같은 합성 공정 후 공기에 대한 노출 없이 표면 개질을 할 수 있고, 도 3b와 같이 합성 중에 원 위치(in-situ)에서 플라즈마 처리가 가능함으로써 안정성이 높은 이점을 가질 수 있다. 종래의 방식은 물질 합성 후 공기 중에 노출된 상태에서 표면 개질을 위한 공정 장비로 이송됨으로써, 합성된 물질에 원하지 않은 도핑이나 오염의 가능성이 있다. 또한, 본 발명의 플라즈마 발생 장치는 원료 분해를 가능하게 저온 공정을 구현할 수 있고, 동시에 표면 처리 가능하다는 이점을 갖는다. According to the embodiments described above, the reactor 10 and the plasma generator 20 are provided through one common reaction tube 30, by providing a reaction space. The surface modification can be performed without exposure to air after the synthesis process such as vapor deposition, and the plasma process can be performed in situ during the synthesis as shown in FIG. 3B, which can have a high stability. Conventional methods are transferred to process equipment for surface modification in the state of being exposed to air after material synthesis, and there is a possibility of undesired doping or contamination of the synthesized material. Further, the plasma generating apparatus of the present invention has an advantage that a low-temperature process can be realized to enable raw material decomposition and surface treatment is possible at the same time.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법의 흐름도이다. 5 is a flowchart of a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 반도체 소자의 제조 방법은 피처리체(PE)가 합성될 기판을 공용 반응 튜브(S30) 내부의 반응 공간(S)으로 이동시키는 단계(S1), 공용 반응 튜브(30)의 상기 길이 방향으로 반응기(10)를 이동시켜, 공용 반응 튜브(30)에 반응기(10)를 결합시키는 단계(S2), 반응 공간(S)에 인접한 반응기(10)를 이용하여, 피처리체(PE)를 합성하는 단계(S3), 반응 공간(S)에 인접한 반응기(10)를 반응 공간(S)으로부터 소정 거리 이상 이격 시키고, 공용 반응 튜브(30)의 상기 길이 방향으로 플라즈마 발생기(20)를 이동시켜, 공용 반응 튜브(30)에 플라즈마 발생기(20)를 결합시키는 단계(S4) 및 반응 공간(S)에 인접한 플라즈마 발생기(20)를 이용하여, 상기 합성된 피처리체(PE)의 표면 개질을 수행하는 단계(S5)를 포함할 수 있다. 5, a method of manufacturing a semiconductor device includes a step S1 of moving a substrate to be processed PE to a reaction space S in a common reaction tube S30, (S2) of moving the reactor (10) in the longitudinal direction to couple the reactor (10) to the common reaction tube (30), using the reactor (10) adjacent to the reaction space (S) And the plasma generator 20 is moved in the longitudinal direction of the common reaction tube 30 by a predetermined distance from the reaction space S, (S4) of joining the plasma generator (20) to the common reaction tube (30) and the plasma generator (20) adjacent to the reaction space (S) (S5). ≪ / RTI >

반도체 소자의 제조 방법은 상기 합성된 피처리체(PE)의 표면 개질을 수행하는 단계(S5) 전, 상기 합성된 피처리체(PE)를 냉각시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 표면 개질을 갖는 피처리체(PE)를 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method for fabricating a semiconductor device may further include cooling the synthesized object PE before the step S5 of performing surface modification of the synthesized object. The method may further include the step of heating the object to be processed (PE) having the surface modification.

일 실시예에서, 피처리체(PE)를 합성하는 단계(S3)는, 공용 반응 튜브(30) 내부로 반응 공정 가스를 주입하는 단계, 상기 반응 공정 가스를 상기 피처리체와 반응시키는 단계 및 상기 반응 공정 가스를 상기 공용 반응 튜브 외부로 배출하는 단계를 포함하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 합성된 피처리체의 표면 개질을 수행하는 단계(S5)는, 상기 공용 반응 튜브 내부로 플라즈마 공정 가스를 주입하는 단계, 상기 플라즈마 공정 가스를 이용하여 플라즈마를 생성하는 단계 및 상기 생성된 플라즈마를 통해, 상기 합성된 피처리체의 표면 처리하는 단계를 포함할 수 있다. In one embodiment, step S3 of synthesizing a subject PE comprises injecting a reaction process gas into the common reaction tube 30, reacting the reaction process gas with the subject, And discharging the process gas to the outside of the common reaction tube. The step (S5) of performing the surface modification of the synthesized object to be treated may include the steps of injecting a plasma processing gas into the common reaction tube, generating a plasma using the plasma processing gas, , And surface-treating the synthesized object to be treated.

본 발명의 다른 실예에서, 반응기(10)으로부터 방출되는 열과 플라즈마 발생기(20)의 플라즈마를 활용하여, 고체 형태의 파우더를 증발시킴으로써, 소재 합성을 위한 소스가 제공될 수 있다. 상기 고체 형태의 파우더는 플라즈마 발생기(20)과 결합되는 공용 반응 튜브(30)의 내부 또는 공용 반응 튜브(30)의 반응 공간(S)에 배치될 수 있다. In another embodiment of the present invention, a source for material synthesis can be provided by utilizing the heat from the reactor 10 and the plasma of the plasma generator 20 to evaporate the solid form of the powder. The solid powder may be placed in a reaction tube 30 coupled to the plasma generator 20 or in a reaction space S of a common reaction tube 30.

상기 반응 공정 가스 또는 상기 플라즈마 공정 가스는 염소(Cl2), 사염화탄소(CCl4), 삼염화붕소(BCl3) 같은 Cl 계열의 가스 및 사불화탄소(CF4), 삼불화질소(NF3), 육불화에탄(C2F6), 플루오로포름(CHF3), 이불화메탄(CH2F2), 프레온 가스(CClF3), 하론가스(CBrF3), 육불화황(SF6) 같은 F 계열의 가스, 산소(O2), 질소, 아르곤, 수소(H2) 그리고 덱스트로메토르판제제(HBr) 중 적어도 하나일 수 있다. 피처리체(PE)는 2 차원 물질을 포함할 수 있으며, 상기 2 차원 물질은 그래핀, 육방정 질화 붕소(hexagonal boron nitride), 실리센(silicanes), 흑린(black phosphorus), 보로핀(Borophene), 전이금속 칼코겐 물질, 산화물(oxide) 중 어느 하나 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 상기 표면 개질은 단계적 에칭(layer-by-layer etching), 도핑(doping), 결함 생성(defect generation), 표면 정리(surface cleaning), 친수성 조절(control of hydrophilicity) 중 적어도 하나일 수 있다. 친수성 조절의 예로서, 그래핀과 같은 2 차원 물질을 수소 또는 산소 플라즈마를 통해 sp3 결합을 생성시킴으로써, 그래핀 표면 특성은 친수성을 가질 수 있다. 그리고 MoS2의 경우 산소 플라즈마 처리를 통해 MoOx로 상변이 시킬 수 있다. The reaction process gas or the plasma process gas may be a Cl-based gas such as chlorine (Cl 2 ), carbon tetrachloride (CCl 4 ), boron trichloride (BCl 3 ), chlorine gas such as tetrafluoroborate (CF 4 ), nitrogen trifluoride (NF 3) ethane (C2F 6), form a fluoroalkyl (CHF 3), bedding screen methane (CH 2 F 2), freon (CClF 3), Halon gas (CBrF 3), the gas of the F series, such as sulfur hexafluoride (SF 6) , Oxygen (O 2 ), nitrogen, argon, hydrogen (H 2 ) and dextromethorphan (HBr). The object to be treated (PE) may comprise a two-dimensional material, the two-dimensional material being selected from the group consisting of graphene, hexagonal boron nitride, silicanes, black phosphorus, borophene, , A transition metal chalcogen material, an oxide, or a combination thereof. Also, the surface modification may be at least one of layer-by-layer etching, doping, defect generation, surface cleaning, and control of hydrophilicity. As an example of hydrophilic control, graphene surface properties can be hydrophilic by creating a sp3 bond through a hydrogen or oxygen plasma with a two-dimensional material such as graphene. In case of MoS 2 , it can be transformed into MoO x by oxygen plasma treatment.

도 6a 내지 도 8h는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하는 이미지이다. 6A to 8H are images illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 6a은 플레이트 형태의 지지대 상에 그래핀이 합성될 구리 기판(PE)을 준비하는 단계의 이미지이고, 도 6b는 준비된 구리 기판(PE)이 공용 반응 튜브(30) 내의 반응 공간(S)에 배치되도록 반응기(10)를 이동하는 단계의 이미지(또는, 준비된 구리 기판(PE)을 반응기(10) 내부로 유입시키는 단계의 이미지)이고, 도 6c는 반응기(10)를 이용하여 공용 반응 튜브(30) 내의 반응 공간(S)에 배치된 준비된 구리 기판(PE)을 대략 1000℃에서 해당 반응 가스와 반응시키는 단계의 이미지이고, 도 6d는 반응 종료 후 반응기(10)를 구리 기판(PE)으로부터 이격되도록 이동시켜 냉각시키는 단계의 이미지이고, 도 6e는 플라즈마 발생기(20)와 공용 반응 튜브(30) 내의 산소를 이용하여 산소 플라즈마 처리를 하는 단계의 이미지이고, 도 6f는 산소 플라즈마 처리 후의 구리 기판(PE)의 이미지이고, 도 6g는 그래핀의 결정 입자를 관찰하기 위해서 가열 처리된 구리 기판(PE)을 보여주는 이미지이며, 도 6h는 현미경을 통해 관찰된 구리 기판(PE) 상에 증착된 그래핀의 결정립과 결정립계를 보여주는 이미지이다. 전술한 공정을 통해 합성된 그래핀의 결정립 크기 및 모양을 확인하고 결정립계를 관찰할 수 있다. 6A is an image of preparing a copper substrate (PE) to be graphened on a plate-shaped support, FIG. 6B is an image of the step of preparing a prepared copper substrate PE in the reaction space S in the common reaction tube 30 (Or the image of the step of introducing the prepared copper substrate PE into the reactor 10), and Fig. 6C shows the image of the step of moving the reactor 10 to be placed (PE) disposed in the reaction space S in the reaction chamber 30 at a temperature of approximately 1000 ° C .; FIG. 6d is an image of the step of reacting the reactor 10 from the copper substrate PE FIG. 6E is an image of a step of oxygen plasma treatment using oxygen in the plasma generator 20 and the common reaction tube 30, FIG. 6F is an image of the step of oxygen plasma treatment after oxygen plasma treatment, (PE) Fig. 6H is an image showing a heat treated copper substrate (PE) to observe crystal grains of graphene, Fig. 6H is an image showing grains of graphene deposited on a copper substrate (PE) observed through a microscope, . The grain size and shape of the graphene synthesized through the above-described process can be confirmed and the grain boundaries can be observed.

도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 다양한 종류의 기체를 이용한 플라즈마 발생을 보여주는 이미지이다. 예컨대, 도 7a는 아르곤 기체를 이용한 플라즈마 발생 상태를 보여주는 이미지이고, 도 7b는 산소 기체를 이용한 플라즈마 발생 상태를 보여주는 이미지이고, 도 7c는 메탄 기체를 이용한 플라즈마 발생 상태를 보여주는 이미지이며, 도 7d는 아르곤, 수소 혼합 기체를 이용한 플라즈마 발생 상태를 보여주는 이미지이다. 7A to 7D are images showing plasma generation using various kinds of gases according to an embodiment of the present invention. For example, FIG. 7A is an image showing a plasma generation state using argon gas, FIG. 7B is an image showing a plasma generation state using oxygen gas, FIG. 7C is an image showing a plasma generation state using methane gas, This is an image showing the state of plasma generation using argon and hydrogen mixed gas.

도 7a 내지 도 7d을 참조하면, 플라즈마 발생기(20)의 전극과 전극 사이의 공간을 통해 적색 또는 보라색 계열의 빛이 방출되며, 플라즈마 발생기(20)로 유입되는 방향에서는 빛이 보이지 않지만, 플라즈마 발생기(20) 내에서 플라즈마 처리된 기체들이 배출되는 방향에서는 기체의 확산으로 인해 빛이 방출되는 것을 알 수 있다. 7A to 7D, red or violet light is emitted through the space between the electrodes of the plasma generator 20 and the electrodes, and no light is visible in the direction of the plasma generator 20. However, It can be seen that light is emitted due to the diffusion of the gas in the direction in which the plasma-treated gases are discharged in the chamber 20.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 표면 개질의 특성을 보여주는 그래프이다. 도 8은 수소 플라즈마 처리를 통한 그래핀의 친수성/소수성 조절을 보여준다. 8 is a graph showing the characteristics of surface modification according to an embodiment of the present invention. Figure 8 shows the hydrophilic / hydrophobic control of graphene through hydrogen plasma treatment.

도 8를 참조하면, 화학기상증착된 그래핀은 수소 플라즈마 처리 전 소수성을 가지며, 수소 플라즈마 처리를 통해 그래핀의 표면 개질이 수행됨에 따라 그래핀의 표면은 소수성에서 친수성으로 변화됨을 알 수 있다. 이때, 수소 플라즈마 처리 시간이 증가할수록 표면 접촉각이 작아지는데 이는 수소 플라즈마 처리 시간이 증가할수록 친수성(또는 젖음성)이 높아짐을 알 수 있다. Referring to FIG. 8, the graphene deposited by chemical vapor deposition has hydrophobicity before hydrogen plasma treatment, and the surface of graphene is changed from hydrophobic to hydrophilic as the surface of graphene is subjected to hydrogen plasma treatment. At this time, as the hydrogen plasma treatment time increases, the surface contact angle becomes smaller. As the hydrogen plasma treatment time increases, the hydrophilicity (or wettability) increases.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 표면 개질 전 및 표면 처리 후의 피처리체의 라만 스펙트럼을 비교한 그래프이다. 도 9는 산소 플라즈마 처리 전 및 산소 플라즈마 처리 후의 그래핀의 라만 스펙트럼을 비교한 그래프이다. 9 is a graph comparing Raman spectra of an object to be processed before and after surface modification according to an embodiment of the present invention. 9 is a graph comparing Raman spectra of graphene before oxygen plasma treatment and after oxygen plasma treatment.

도 9를 참조하면, 그래핀 물질에 광을 입사하여 라만변이(Raman shift)을 측정하였다. 그래핀의 경우, 넓은 에너지 범위에서 입사 광에 의한 공명 현상이 나타나므로 한 층 두께의 얇은 물질임에도 불구하고 강한 라만 신호가 관찰된다. 도 8과 같이, 그래핀의 라만 스펙트럼에서 크게 1350 cm-1 부근의 D 피크, 1580 cm-1 부근의 G 피크, 2700 cm-1 부근의 2D 피크가 나타난다. G 피크는 흑연계 물질에서 공통적으로 나타나는 피크로서, 육각형 구조의 탄소 원자들이 인접한 원자와 서로 반대방향으로 진동하는 E2g의 포논 모드와 관련된 것으로 탄소원자 사이의 sp2 결합과 관련된다. D 피크는 진동모드에 의한 것으로 대칭성으로 완벽한 격자 구조에서는 라만 산란으로 관찰할 수 없으므로, D 피크의 유무로 그래핀의 결함정도를 판단할 수 있다. 2D 피크는 D 밴드의 포논 두 개가 방출되는 2차 산란에 의한 피크이다. Referring to FIG. 9, Raman shift was measured by introducing light into the graphene material. In the case of graphene, a resonance phenomenon due to incident light occurs in a wide energy range, so that a strong Raman signal is observed even though it is a thin layer of a thin layer. As shown in Fig. 8, a D peak near 1350 cm-1, a G peak near 1580 cm-1, and a 2D peak near 2700 cm-1 appear in Raman spectrum of graphene. The G peak is a peak that is common in graphite materials and is related to the phonon mode of E2g in which hexagonal carbon atoms vibrate in opposite directions with adjacent atoms and is associated with sp2 bonds between carbon atoms. The D-peak is due to the oscillation mode and can not be observed by Raman scattering in the perfect lattice structure because of the symmetry, so that the degree of defects of graphene can be judged by the presence or absence of D-peak. The 2D peak is a peak due to secondary scattering in which two phonons of the D band are emitted.

산소 플라즈마 처리 전의 그래핀의 스펙트럼은 G 밴드와 2D 밴드에서 각각 피크(IG, I2D)가 나타나고, 산소 플라즈마 처리 후의 그래핀의 스펙트럼은 D 밴드, G 밴드와 2D 밴드에서 각각 피크(ID, IG, I2D)가 나타났다. 도핑 전과 도핑 후의 G 밴드의 파장은 1584.1 cm-1에서 1586.7 cm-1로 2.6 cm-1 만큼 이동하였고, 2D 밴드의 파장은 2671.7 cm-1에서 2672.2 cm-1로 0.5 cm-1 만큼 이동하였다. 또한, 산소 플라즈마 처리 후에 D 밴드의 파장이 1336.5 cm-1에서 나타났다. 따라서, 도핑 전 I2D/IG의 비, 도핑 후 I2D/IG의 비, 도핑 전후의 D 밴드의 파장의 유무, 도핑 전후의 G 밴드의 파장의 이동 정도 및/또는 2D 밴드의 파장의 이동 정도를 기반으로 도핑 정도가 판단될 수 있다. (IG, I2D) appear in the G band and the 2D band in the spectrum of the graphene before the oxygen plasma treatment, and the spectrum of graphene after the oxygen plasma treatment shows the peaks (ID, IG, I2D). The wavelengths of the G-band before and after doping were shifted by 2.6 cm-1 from 1584.1 cm-1 to 1586.7 cm-1, and the wavelength of the 2D band shifted by 0.5 cm-1 from 2671.7 cm-1 to 2672.2 cm-1. Furthermore, the wavelength of the D band was 1336.5 cm -1 after the oxygen plasma treatment. Therefore, the ratio of I2D / IG before doping, the ratio of I2D / IG after doping, the presence or absence of wavelength of D band before and after doping, the degree of shift of wavelength of G band before and after doping and / The degree of doping can be determined.

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 표면 개질 전 및 표면 처리 후의 피처리체의 표면을 나타내는 이미지이다. 10A and 10B are images showing the surface of the object to be treated before and after the surface modification according to the embodiment of the present invention.

도 10a 및 도 10b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 산소 플라즈마 처리 전 및 후 각각의 이차원 나노 물질인 그래핀의 현미경 사진(1010, 1040)과 두께 측정 이미지(1020, 1030; 1050, 1060)이다. 두께 측정 이미지(1020, 1030; 1050, 1060)는 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용한 두께 측정 결과를 나타내며, 각각 상면(1020, 1050)과 사시 단면(1030, 1060)의 이미지이다. 10A and 10B are micrographs (1010 and 1040) and thickness measurement images (1020, 1030, 1050 and 1060) of graphene, which are each two-dimensional nanomaterial before and after oxygen plasma treatment according to an embodiment of the present invention . Thickness measurement images 1020, 1030, 1050, and 1060 show thickness measurement results using an AFM (Atomic Force Microscope) and are images of the upper surfaces 1020 and 1050 and the oblique end surfaces 1030 and 1060, respectively.

도 10a와 도 10b를 참조하면, 이차원 나노 물질인 그래핀이 에칭되어 두께가 대략 3.3 nm 에서 2.6 nm로 감소하는 것을 관찰 할 수 있다. Referring to FIGS. 10A and 10B, it can be observed that the graphene, which is a two-dimensional nanomaterial, is etched and its thickness is reduced from approximately 3.3 nm to 2.6 nm.

도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 실시예에 따른 표면 개질의 특성을 보여주는 도면이다. 11A to 11C are views showing the characteristics of surface modification according to an embodiment of the present invention.

도 11a는 산소 플라즈마 처리에 의한 결함의 형성을 표현한 이미지로서, 주로 sp3 결함이나 공공(vacancy) 결함이 발생할 수 있다. 여기서, 플라즈마 처리 시간과 플라즈마 전력 같은 입력 파라미터를 조절하여 결함의 종류 및 밀도는 제어될 수 있다. 11A is an image expressing the formation of defects by oxygen plasma treatment, and mainly sp3 defects or vacancy defects may occur. Here, the types and the densities of defects can be controlled by adjusting input parameters such as plasma processing time and plasma power.

도 11b는 그래핀을 산소 플라즈마로 처리할 경우 처리 시간의 증가에 따라 결함의 종류 및 밀도가 변하는 것을 라만 분광법을 통해 측정하였다. 대략 27 초 이내의 플라즈마 처리에서는 sp3가 주로 생성되며 그 밀도가 시간에 따라 증가하다가 대략 27초 이후에는 공공(vacancy) 결함이 형성되기 시작하여 점차 공공(vacancy) 결함 수가 증가하는 것을 알 수 있다. 결함을 보여주는 D 피크의 증가 및 2D/G, G/D. D/D’ 피크의 비를 통해 결함의 종류 및 밀도를 분석 할 수 있다. Fig. 11 (b) shows that the type and density of defects are changed by Raman spectroscopy when the graphene is treated with oxygen plasma as the treatment time increases. In the plasma treatment of about 27 seconds or less, sp3 is mainly generated and its density increases with time. After about 27 seconds, a vacancy defect starts to be formed, and the number of vacancy defects gradually increases. Increase of D peak showing defects and 2D / G, G / D. The type and density of defects can be analyzed through the ratio of D / D 'peak.

도 11c는 플라즈마 처리를 통해 형성된 결함의 종류를 투과전자현미경(TEM)을 통하여 관찰한 이미지이다. 첫번째 이미지를 참조하면 sp3 결함은 검은 점의 형태로 보이며, 두번째 이미지는 빈(vacancy) 결함을 보여주는 이미지이다. FIG. 11C is an image obtained by observing the type of defects formed through the plasma treatment through a transmission electron microscope (TEM). Referring to the first image, the sp3 defect looks like a black dot, and the second image shows an empty defect.

도 12a 내지 도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 표면 개질을 통한 피처리체의 광학적 특성을 나타내는 도면 및 그래프이다. 12A and 12B are diagrams and graphs showing optical characteristics of an object to be processed through surface modification according to an embodiment of the present invention.

도 12a를 참조하면, 2 차원 반도체 물질인 MoS2의 상층을 산소 플라즈마를 이용하여 산화시켜 비정질의 산화물(예: MoOx)의 형태로 상변이 될 수 있다. 도 12b를 참조하면, MoS2가 MoOx으로 변함에 따라 점차 MoS2의 두께가 감소하여 단층이 되면 발광 강도가 증가하는 것을 보여준다. 예컨대, 단층일 경우 MoS2 물질은 직접 천이 밴드구조를 가지게 되어 복층의 MoS2 물질보다 발광 강도가 높을 수 있다. 여기서, 피크(Peak)의 위치는 반도체 물질이 발산하는 빛의 파장을 나타낸다. Referring to FIG. 12A, an upper layer of MoS 2 , which is a two-dimensional semiconductor material, may be oxidized using an oxygen plasma to form a phase in the form of an amorphous oxide (for example, MoO x ). Referring to FIG. 12B, as the MoS 2 is changed to MoO x , the thickness of MoS 2 gradually decreases to show that the light emission intensity increases when the layer becomes a single layer. For example, MoS 2 The material may have a direct transition band structure and thus the luminescence intensity may be higher than that of the multi-layer MoS 2 material. Here, the position of the peak indicates the wavelength of the light emitted by the semiconductor material.

전술한 바와 같이, 종래에는 물질 합성과 표면 개질이 별개의 장비를 통해서 수행되기 때문에 2 개의 공정 이동 간에 오염의 가능성이 있으며, 다양한 표면 처리를 위해서는 설비의 구성이 복잡해져야 하는 어려움이 있다. 그러나, 본 발명에서는 물질 합성과 표면 개질을 단일 장비에서 구현하였으며, 또한 다양한 기체를 통해 플라즈마를 형성하기 때문에 복잡한 표면 처리를 간단하게 할 수 있는 이점이 있다.As described above, there is a possibility of contamination between two process movements because material synthesis and surface modification are performed through separate equipment, and it is difficult to complicate the configuration of equipment for various surface treatments. However, in the present invention, material synthesis and surface modification are realized in a single equipment, and plasma is formed through various gases, which makes it possible to simplify complicated surface treatment.

특히, 본 발명의 반도체 소자의 제조 장치는 2 차원 물질의 대면적 합성과 표면 개질이 동시에 가능하여, 다양한 산업 분야에 적용할 수 있을 것이다. 현재 다양한 분야에서 2 차원 물질의 응용에 대한 관심이 늘어나고 있기 때문에 대면적 표면 개질은 산업적인 응용 가능성이 높다. Particularly, the apparatus for manufacturing a semiconductor device of the present invention can be applied to various industrial fields by simultaneously synthesizing a two-dimensional material and surface modification. At present, there is a growing interest in the application of 2D materials in various fields, so large - scale surface modification is likely to be industrially applicable.

이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be clear to those who have knowledge.

Claims (23)

기판 상에 피처리체를 합성하는 반응기;
상기 합성된 피처리체의 표면 개질을 수행하는 플라즈마 발생기; 및
길이 방향으로 연장되고 내부에 상기 기판이 수용되는 반응 공간을 제공하는 공용 반응 튜브를 포함하며,
상기 반응기 또는 상기 플라즈마 발생기 중 어느 하나가 선택적으로 상기 반응 공간에 인접하여 상기 피처리체에 관한 공정을 수행할 수 있도록, 상기 반응기 또는 상기 플라즈마 발생기는 상기 공용 반응 튜브의 상기 길이 방향으로 이동 가능하게 상기 공용 반응 튜브에 결합되는 반도체 소자의 제조 장치. A reactor for synthesizing an object to be processed on a substrate;
A plasma generator for performing surface modification of the synthesized object; And
And a common reaction tube extending in the longitudinal direction and providing a reaction space in which the substrate is received,
The reactor or the plasma generator is arranged to move in the longitudinal direction of the common reaction tube so that any one of the reactor or the plasma generator can selectively perform a process on the object to be processed adjacent to the reaction space, Wherein the semiconductor device is bonded to a common reaction tube. 제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 발생기는,
상기 공용 반응 튜브의 외벽에 결합되어 상기 공용 반응 튜브 내에 전위차를 발생시킬 수 있는 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하는 반도체 소자의 제조 장치. The method according to claim 1,
The plasma generator includes:
And a first electrode and a second electrode coupled to an outer wall of the common reaction tube to generate a potential difference within the common reaction tube. 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은 상기 공용 반응 튜브의 길이 방향으로 서로 이격되어 상기 공용 반응 튜브의 외벽에 결합되는 반도체 소자의 제조 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the first electrode and the second electrode are spaced apart from each other in the longitudinal direction of the common reaction tube and bonded to the outer wall of the common reaction tube. 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은 상기 공용 반응 튜브를 둘러싸는 환형 전극인 반도체 소자의 제조 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the first electrode and the second electrode are annular electrodes surrounding the common reaction tube. 제 2 항에 있어서,
상기 플라즈마 발생기는, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 중 적어도 하나를 상기 공용 반응 튜브에 고정시키는 고정 부재를 더 포함하는 반도체 소자의 제조 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the plasma generator further comprises a fixing member for fixing at least one of the first electrode and the second electrode to the common reaction tube. 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 전극과 결합하여 상기 전위차와 대칭되는 다른 전위차를 발생시키는 제 3 전극을 더 포함하는 반도체 소자의 제조 장치.3. The method of claim 2,
And a third electrode coupled to the second electrode to generate another potential difference symmetrical to the potential difference. 제 1 항에 있어서,
상기 반응기는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 장치, 원자 층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 장치 및 물리적 기상 증착 (Physical Vapor Deposition, PVD) 장치 중 어느 하나인 반도체 소자의 제조 장치. The method according to claim 1,
Wherein the reactor is any one of a chemical vapor deposition (CVD) apparatus, an atomic layer deposition (ALD) apparatus, and a physical vapor deposition (PVD) apparatus. 제 1 항에 있어서,
상기 반응기는,
상기 공용 반응 튜브가 통과되는 관통홀을 갖는 지지체; 및
상기 지지체에 결합되며 상기 반응 공간 내에 열 에너지 또는 광 에너지를 공급할 수 있는 가열 부재(저항선, 할로겐 램프, 유도 가열을 위한 코일)을 포함하는 반도체 소자의 제조 장치. The method according to claim 1,
The reactor comprises:
A support having a through hole through which said common reaction tube passes; And
And a heating member (resistance wire, halogen lamp, induction heating coil) coupled to the support and capable of supplying thermal energy or light energy into the reaction space. 제 1 항에 있어서,
상기 공용 반응 튜브의 제 1 단부와 결합되는 제 1 마감 부재; 및
상기 제 1 마개 부재와 대향하며, 상기 공용 반응 튜브의 제 2 단부와 결합되는 제 2 마감 부재를 더 포함하는 반도체 소자의 제조 장치. The method according to claim 1,
A first closure member coupled with a first end of the common reaction tube; And
And a second closing member facing the first stopper member and engaging with the second end of the common reaction tube. 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 마감 부재와 결합되어 상기 공용 반응 튜브 내부로 공정 가스를 주입하는 가스 공급부; 및
상기 제 2 마감 부재와 결합되어 상기 공용 반응 튜브 외부로 배출시키는 배기부를 포함하는 반도체 소자의 제조 장치. 3. The method of claim 2,
A gas supply unit coupled to the first closing member and injecting the process gas into the common reaction tube; And
And an exhaust part coupled to the second closing member and discharged to the outside of the common reaction tube. 제 1 항에 있어서,
상기 반응기, 상기 플라즈마 발생기 및 공용 반응 튜브 중 적어도 하나가 배치되는 받침 부재;
상기 받침 부재 상에, 상기 반응기 또는 상기 플라즈마 발생기가 상기 공용 반응 튜브의 연장 방향으로 이동하는 것을 안내하는 적어도 하나의 안내부; 및
상기 적어도 하나의 안내부와 구조적으로 결합되며, 상기 공용 반응 튜브를 지지하는 지지대를 더 포함하는 반도체 소자의 제조 장치. The method according to claim 1,
A supporting member on which at least one of the reactor, the plasma generator, and the common reaction tube is disposed;
At least one guide portion for guiding the reactor or the plasma generator to move in the extending direction of the common reaction tube on the supporting member; And
Further comprising a support that is structurally coupled to the at least one guide and supports the common reaction tube. 제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 발생기에 제어 신호 또는 전력을 공급하고,
상기 공용 반응 튜브 내부로 플라즈마 공정 가스가 공급되거나 상기 공용 반응 튜브 외부로 상기 플라즈마 공정 가스가 배출되도록 제어하는 플라즈마 제어기를 더 포함하는 반도체 소자의 제조 장치. The method according to claim 1,
Supplying a control signal or electric power to the plasma generator,
And a plasma controller for controlling the plasma process gas to be supplied into the common reaction tube or to discharge the plasma process gas to the outside of the common reaction tube. 제 1 항에 있어서,
상기 반응기에 제어 신호 또는 전력을 공급하고,
상기 반응기와 상기 반응 공간이 인접하도록, 상기 반응기의 이동을 제어하며,
상기 공용 반응 튜브 내부로 반응 공정 가스가 공급되거나 상기 공용 반응 튜브 외부로 상기 반응 공정 가스가 배출되도록 제어하는 반응 제어기를 더 포함하는 반도체 소자의 제조 장치. The method according to claim 1,
Supplying a control signal or electric power to the reactor,
Controlling the movement of the reactor such that the reactor and the reaction space are adjacent to each other,
And a reaction controller for controlling the reaction process gas to be supplied into the common reaction tube or to discharge the reaction process gas to the outside of the common reaction tube. 제 1 항에 있어서,
상기 피처리체는 2 차원 물질을 포함하며,
상기 2 차원 물질은 그래핀, 육방정 질화 붕소(hexagonal boron nitride), 실리센(silicanes), 흑린(black phosphorus), 보로핀(Borophene), 전이금속 칼코겐 물질, 산화물(oxide) 중 어느 하나 또는 이의 조합을 포함하는 반도체 소자의 제조 장치. The method according to claim 1,
Wherein the object to be processed comprises a two-dimensional material,
Wherein the two-dimensional material is selected from the group consisting of graphene, hexagonal boron nitride, silicanes, black phosphorus, borophene, transition metal chalcogen materials, And a combination thereof. 제 1 항에 있어서,
상기 표면 개질은 단계적 에칭(layer-by-layer etching), 도핑(doping), 결함 생성(defect generation), 표면 정리(surface cleaning), 친수성 조절(control of hydrophilicity) 중 적어도 하나인 반도체 소자의 제조 장치. The method according to claim 1,
Wherein the surface modification is at least one of a layer-by-layer etching, a doping, a defect generation, a surface cleaning, and a control of hydrophilicity. . 피처리체가 합성될 기판을 공용 반응 튜브 내부의 반응 공간으로 이동시키는 단계;
상기 공용 반응 튜브의 상기 길이 방향으로 반응기를 이동시켜, 상기 공용 반응 튜브에 상기 반응기를 결합시키는 단계;
상기 반응 공간에 인접한 상기 반응기를 이용하여, 상기 피처리체를 합성하는 단계;
상기 반응 공간에 인접한 상기 반응기를 상기 반응 공간으로부터 소정 거리 이상 이격 시키고, 상기 공용 반응 튜브의 상기 길이 방향으로 반응기를 이동시켜, 상기 공용 반응 튜브에 상기 플라즈마 발생기를 결합시키는 단계; 및
상기 반응 공간에 인접한 상기 플라즈마 발생기를 이용하여, 상기 합성된 피처리체의 표면 개질을 수행하는 단계를 포함하는 2차원 물질의 제조 방법. Moving a substrate to be processed into a reaction space inside a common reaction tube;
Moving the reactor in the longitudinal direction of the common reaction tube and bonding the reactor to the common reaction tube;
Synthesizing the object to be processed using the reactor adjacent to the reaction space;
Separating the reactor adjacent to the reaction space by a predetermined distance from the reaction space and moving the reactor in the longitudinal direction of the common reaction tube to couple the plasma generator to the common reaction tube; And
And performing surface modification of the synthesized object using the plasma generator adjacent to the reaction space. 제 16 항에 있어서,
상기 합성된 피처리체의 표면 개질을 수행하는 단계 전, 상기 합성된 피처리체를 냉각시키는 단계를 더 포함하는 2 차원 물질의 제조 방법. 17. The method of claim 16,
And cooling the synthesized object to be processed before performing the surface modification of the synthesized object to be processed. 제 16 항에 있어서,
상기 표면 개질을 갖는 피처리체를 가열하는 단계를 더 포함하는 2 차원 물질의 제조 방법. 17. The method of claim 16,
And heating the object having the surface modification. 제 16 항에 있어서,
상기 피처리체를 합성하는 단계는,
상기 공용 반응 튜브 내부로 반응 공정 가스를 주입하는 단계;
상기 반응 공정 가스를 상기 피처리체와 반응시키는 단계; 및
상기 반응 공정 가스를 상기 공용 반응 튜브 외부로 배출하는 단계를 포함하는 단계를 포함하는 2 차원 물질의 제조 방법. 17. The method of claim 16,
Wherein synthesizing the object to be processed comprises:
Injecting a reaction process gas into the common reaction tube;
Reacting the reaction process gas with the object to be processed; And
And discharging the reaction process gas to the outside of the common reaction tube. 제 16 항에 있어서,
상기 합성된 피처리체의 표면 개질을 수행하는 단계는,
상기 공용 반응 튜브 내부로 플라즈마 공정 가스를 주입하는 단계;
상기 플라즈마 공정 가스를 이용하여 플라즈마를 생성하는 단계; 및
상기 생성된 플라즈마를 통해, 상기 합성된 피처리체의 표면 처리하는 단계를 포함하는 2 차원 물질의 제조 방법. 17. The method of claim 16,
The step of performing the surface modification of the synthesized object comprises:
Injecting a plasma process gas into the common reaction tube;
Generating a plasma using the plasma process gas; And
And subjecting the synthesized object to a surface treatment through the generated plasma. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
상기 반응 공정 가스 또는 상기 플라즈마 공정 가스는 염소(Cl2), 사염화탄소(CCl4), 삼염화붕소(BCl3) 같은 Cl 계열의 가스 및 사불화탄소(CF4), 삼불화질소(NF3), 육불화에탄(C2F6), 플루오로포름(CHF3), 이불화메탄(CH2F2), 프레온 가스(CClF3), 하론가스(CBrF3), 육불화황(SF6) 같은 F 계열의 가스, 산소(O2), 질소, 아르곤, 수소(H2) 그리고 덱스트로메토르판제제(HBr) 중 적어도 하나인 2 차원 물질의 제조 방법. 21. The method according to claim 19 or 20,
The reaction process gas or the plasma process gas may be a Cl-based gas such as chlorine (Cl 2 ), carbon tetrachloride (CCl 4 ), boron trichloride (BCl 3 ), chlorine gas such as tetrafluoroborate (CF 4 ), nitrogen trifluoride (NF 3) ethane (C2F 6), form a fluoroalkyl (CHF 3), bedding screen methane (CH 2 F 2), freon (CClF 3), Halon gas (CBrF 3), the gas of the F series, such as sulfur hexafluoride (SF 6) Wherein the at least one layer is at least one of oxygen (O 2 ), nitrogen, argon, hydrogen (H 2 ) and dextromethorphan (HBr). 제 16 항에 있어서,
상기 피처리체는 2 차원 물질로서,
상기 2 차원 물질은 그래핀, 육방정 질화 붕소(hexagonal boron nitride), 실리센(silicanes), 흑린(black phosphorus), 보로핀(Borophene), 전이금속 칼코겐 물질, 산화물(oxide) 중 어느 하나 또는 이의 조합을 포함하는 2차원 물질의 제조 방법. 17. The method of claim 16,
The object to be processed is a two-dimensional material,
Wherein the two-dimensional material is selected from the group consisting of graphene, hexagonal boron nitride, silicanes, black phosphorus, borophene, transition metal chalcogen materials, And a combination thereof. 제 16 항에 있어서,
상기 표면 개질은 단계적 에칭(layer-by-layer etching), 도핑(doping), 결함 생성(defect generation), 표면 정리(surface cleaning), 친수성 조절(control of hydrophilicity) 중 적어도 하나인 2차원 물질의 제조 방법.
17. The method of claim 16,
The surface modification may be performed using at least one of a layer-by-layer etching, a doping, a defect generation, a surface cleaning, and a control of hydrophilicity, Way.
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