KR100356965B1 - Atomic thin layer deposition appratus - Google Patents
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Abstract
원자층 박막 증착장치가 개시된다. 개시된 증착장치는: 일측에 배기구가 마련된 진공용기와; 상기 진공용기 내에 마련되는 것으로, 상기 진공용기 외부로 부터의 2종 이상의 반응가스가 도입되는 도입부와, 상기 도입부로 부터의 반응가스들이 유입되는 하나의 반응실을 갖는 반응용기를; 구비하며, 상기 도입부는 가스별로 구획되어 있고, 각 도입부에는 유입된 반응가스를 단계적으로 확산시키는 확산수단이 마련되어 있고, 상기 반응실은 상기 각 도입부와 공히 연결되어 있다.An atomic layer thin film deposition apparatus is disclosed. The disclosed deposition apparatus includes: a vacuum vessel provided with an exhaust port at one side; A reaction vessel provided in the vacuum vessel, the introduction vessel into which two or more kinds of reaction gases from outside the vacuum vessel are introduced, and one reaction chamber into which the reaction gases from the introduction portion are introduced; The introduction sections are partitioned by gas, each introduction section is provided with diffusion means for diffusing the introduced reaction gas in stages, and the reaction chamber is connected to each of the introduction sections.
진공 용기안에 터널 형상의 반응실을 만들어 그 내부에 2종 이상의 반응 원료기체를 일정시간동안 순차적으로 주입할 때 주입되는 원료기체의 공간 분포를 균일하게 하여 증착되는 박막의 균일도를 개선할수 있으며, 반응실의 공간을 최소화하여 반응원료기체와 퍼지기체의 사용을 최소화함으로서 기체의 주입시간을 단축할수 있어 공정의 소요시간을 줄일수 있게 된다.The tunnel-shaped reaction chamber can be made in a vacuum vessel, and when two or more kinds of reaction raw materials are sequentially injected therein for a predetermined time, the spatial distribution of the injected raw material gases can be uniformed to improve the uniformity of the deposited thin film. By minimizing the space of the chamber and minimizing the use of the reaction raw material gas and the purge gas, the injection time of the gas can be shortened, thereby reducing the time required for the process.
Description
본 발명은 원자층 박막 증착장치에 관한 것으로, 상세히는 반응 원료 기체의각각에 대해서 기체 공급 관에서의 난류나 배기시 잔류되는 것을 방지하고 기판상에서 균일한 기체의 흐름을 유도할 수 있는 원자층 박막 증착장치에 관한 것이다.The present invention relates to an atomic layer thin film deposition apparatus, and in detail, to each of the reaction raw material gas, an atomic layer thin film capable of preventing residual gas during the turbulence or exhaust in the gas supply pipe and inducing a uniform flow of gas on the substrate. It relates to a vapor deposition apparatus.
일반적으로 반도체 소자의 제조나 평판 디스플레이등의 제조에는 웨이퍼나 유리를 기판에 필요한 박막을 증착시키게 되는데 주로 스퍼터링(sputtering)이나 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition)이 이용된다.In general, in the manufacture of semiconductor devices or the manufacture of flat panel displays, thin films required for wafers or glass substrates are deposited, and sputtering or chemical vapor deposition is mainly used.
화학 기상 증착법은 기체상 태의 원료를 혼합하여 기판 상에 균일하게 분사시켜 기판에서의 화학반응에 의해 박막이 증착되게 한다. 반도체 등의 소자에서는 더 높은 집적도를 요구하고 있어서, 미세한 선폭에 균일한 박막의 증착이 필수적인 요구로 대두되고 있다.In the chemical vapor deposition method, a gaseous raw material is mixed and uniformly sprayed onto a substrate to deposit a thin film by chemical reaction on the substrate. As devices such as semiconductors require higher integration, deposition of a thin film with a fine line width is an essential requirement.
일반적으로 원자층 박막 증착 장치는 반응 원료물질의 가스들을 일정한 시간 간격으로 교차하여 주기적으로 반응관 안으로 흘려 보내줌으로써, 각 반응 단계에서 하나의 원자층이 순차적으로 성장되는 방식으로 물질이 성장된다.In general, the atomic layer thin film deposition apparatus crosses the gases of the reaction raw materials at regular time intervals and periodically flows them into the reaction tube, whereby the material is grown in such a manner that one atomic layer is sequentially grown in each reaction step.
이와 같은 원자층 박막성장 장치는 기판 위에서 기체를 균일하게 분사시켜 증착하는 샤워 헤드 방식과 기판의 한쪽 끝에서 분사되어 기판의 다른 한쪽 끝으로 배기되는 트래블링 웨이브 방식이 있다.Such an atomic layer thin film growth apparatus includes a shower head method for uniformly injecting and depositing gas onto a substrate and a traveling wave method that is ejected from one end of the substrate and exhausted to the other end of the substrate.
샤워 헤드 방식이나 트래블링 웨이브 방식에 있어서, 기판 상에서 기체의 균일한 흐름을 유도하는 것은 박막의 균일한 증착에 필수 조건이라 할 수 있다.In the shower head method or the traveling wave method, inducing a uniform flow of gas on the substrate may be an essential condition for uniform deposition of a thin film.
원자층 증착 방법에서는 2종 이상의 원료 기체를 교대로 기판 위에 흘려보내게 되는데 기존의 트래블링 웨이브 방식에서는 가스를 짧은 펄스 시간동안 기판 위로 균일하게 흘리고, 잔류 가스를 제거하는 역할을 할 수 있는 가스 주입부의 설계가 어려워, 실제 공정진행 시 가스들의 충분히 배기되지 못하고 기체 공급 관에 갖혀 빠져 나오지 못해 기체 공급 관에서 화학 반응 등이 일어나 균일한 박막의 증착을 어렵게 하거나 오염입자의 발생 원인이 되기도 한다.In the atomic layer deposition method, two or more kinds of raw materials are alternately flowed onto the substrate. In the conventional traveling wave method, a gas injection is performed to uniformly flow gas onto the substrate for a short pulse time and to remove residual gas. Due to the difficulty in designing the part, gas is not sufficiently exhausted during the actual process and the gas supply pipe is not exhausted, so that a chemical reaction occurs in the gas supply pipe, which makes it difficult to deposit a uniform thin film or cause contaminant particles.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로 특히 반응 원료 기체의 각각에 대해서 기체 공급 관에서의 난류나 배기시 잔류되는 것을 방지하고 기판 상에서 균일한 기체의 흐름을 유도할 수 있는 반응실을 구비하는 원자층 박막 증착 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve the above problems of the prior art, and in particular, each of the reaction raw material gases can be prevented from remaining during turbulence or exhaust in the gas supply pipe and induce a uniform flow of gas on the substrate. An object of the present invention is to provide an atomic layer thin film deposition apparatus having a reaction chamber.
도 1은 본 발명의 원자층 증착 장치에 따른 실시예의 개략적 구조를 보인 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a schematic structure of an embodiment according to the atomic layer deposition apparatus of the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 상기 원자층 박막 증착장치의 A 부분의 확대 도면으로서, 반응가스의 상부 도입부에 대한 가스 분배 구조를 보인 단면도이다.FIG. 2 is an enlarged view of a portion A of the atomic layer thin film deposition apparatus illustrated in FIG. 1, and is a cross-sectional view illustrating a gas distribution structure for an upper introduction portion of a reaction gas.
도 3은 도 1에 도시된 상기 원자층 증착장치의 A 부분의 확대 도면으로서, 반응가스의 하부 도입부에 대한 가스 분배 구조를 보인 단면도이다.3 is an enlarged view of a portion A of the atomic layer deposition apparatus illustrated in FIG. 1, and is a cross-sectional view illustrating a gas distribution structure of a lower introduction portion of a reaction gas.
도 4는 본 발명의 원자층 박막 증착장치의 제1반응판의 평면도이다.4 is a plan view of a first reaction plate of the atomic layer thin film deposition apparatus of the present invention.
도 5는 도 4의 A - A' 선 단면도로서 가스확사부 부분을 확대해 보인 도면이다.FIG. 5 is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 4, showing an enlarged portion of the gas expanding part. FIG.
도 6은 도 4의 B - A' 선 단면도로서 가스확사부 부분을 확대해 보인 도면이다.6 is an enlarged cross-sectional view taken along line B-A 'of FIG.
도 7은 본 발명의 원자층 박막 증착장치의 제2반응판의 평면도이다.7 is a plan view of a second reaction plate of the atomic layer thin film deposition apparatus of the present invention.
도 8은 도 7의 C - C' 선 단면도로서 가스확사부 부분을 확대해 보인 도면이다.FIG. 8 is an enlarged sectional view taken along the line C-C 'of FIG.
도 9는 도 7의 D - C' 선 단면도로서 가스확사부 부분을 확대해 보인 도면이다.FIG. 9 is a sectional view taken along a line D-C 'of FIG. 7 and shows an enlarged view of a gas expanding part.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 원자층 증착장치는:In order to achieve the above object, the atomic layer deposition apparatus according to the present invention is:
일측에 배기구가 마련된 진공용기와;A vacuum container provided with an exhaust port at one side;
상기 진공용기 내에 마련되는 것으로, 상기 진공용기 외부로 부터의 2종 이상의 반응가스가 도입되는 도입부와, 상기 도입부로 부터의 반응가스들이 유입되는 하나의 반응실을 갖는 반응용기를; 구비하는 원자층 증착장치에 있어서,A reaction vessel provided in the vacuum vessel, the introduction vessel into which two or more kinds of reaction gases from outside the vacuum vessel are introduced, and one reaction chamber into which the reaction gases from the introduction portion are introduced; In the atomic layer deposition apparatus provided,
상기 도입부는 가스별로 구획되어 있고, 각 도입부에는 유입된 반응가스를 단계적으로 확산시키는 확산수단이 마련되어 있고, 상기 반응실은 상기 각 도입부와 공히 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치가 제공된다.The introduction sections are partitioned by gas, and each introduction section is provided with diffusion means for diffusing the introduced reaction gas in stages, and the reaction chamber is connected to each of the introduction sections.
상기 본 발명의 원자층 증착장치에 있어서, 상기 반응용기는 두매의 반응판을 구비하며, 상기 도입부와 반응실은 상기 반응판들의 대응하는 내면에 형성되는 소정 깊이의 채널에 의해 마련되며, 상기 도입부에 대응하는 각 반응판의 채널의전방에는 상기 확산수단이 마련되며, 상기 확산수단이 마련되는 상기 반응판의 사이에는 상기 각 반응판으로 도입되는 반응가스의 혼입을 방지하는 분리판이 마련되는 것이 바람직하다.In the atomic layer deposition apparatus of the present invention, the reaction vessel is provided with two reaction plates, the introduction portion and the reaction chamber is provided by a channel of a predetermined depth formed on the corresponding inner surface of the reaction plate, the introduction portion Preferably, the diffusion means is provided in front of a channel of each of the reaction plates, and a separation plate is provided between the reaction plates on which the diffusion means is provided to prevent mixing of the reaction gas introduced into the reaction plates. .
상기 채널의 전방에 마련되는 확산수단은, 반응가스의 진행경로 상에 소정의 간격으로 배열되며 그들 각각의 사이에 소정 면적의 가스통과영역을 마련하는 다수의 섬을 구비하는 확산부에 의해 제공되는 것이 바람직하다.The diffusion means provided at the front of the channel is provided by a diffusion portion having a plurality of islands arranged at predetermined intervals on a traveling path of the reaction gas and having a gas passage area of a predetermined area therebetween. It is preferable.
상기 확산수단의 확산부는 상기 가스진행 방향으로 소정 간격을 두고 복수개 마련되며, 가스유입(upstream)측에 위치한 확산부에 비해 가스유출(downstream)측에 인접한 확산부의 가스통과영역의 전체 면적이 더 큰 값을 가지도록 하는 것이 바람직하다.A plurality of diffusion parts of the diffusion means are provided at predetermined intervals in the gas advancing direction, and the total area of the gas passage area of the diffusion part adjacent to the gas outflow side is larger than that of the diffusion part located on the gas inflow side. It is desirable to have a value.
또한, 상기 가스유입측에 마련되는 확산부의 섬의 개수는 가스유출측에 마련되는 확산부의 섬의 개수에 비해 많고, 상기 가스유입측에 마련되는 확산부의 섬의 크기는 가스유출측에 마련되는 확산부의 섬에 비해 상대적으로 큰 크기를 가지도록 하는 것이 바람직하다.In addition, the number of islands of the diffusion part provided on the gas inlet side is larger than the number of islands of the diffusion part provided on the gas outlet side, and the size of the islands of the diffusion part provided on the gas inlet side is diffused provided on the gas outlet side. It is desirable to have a relatively large size compared to the negative island.
상기 확산수단은 소정간격을 유지하는 두개의 확산부를 가지며, 가스유입측의 제1확산부는 대략 삼각형의 섬을 다수 구비하며, 각 섬의 장변은 상기 가스유동방향에 수직인 방향으로 정렬되며, 가스유출측의 제2확산부는 나란한 두 장변을 가지는 대략 사각형의 섬을 가지며, 두 장변방향의 각 면이 가스유동방향에 나란하게 배치되도록 하는 것이 바람직하다.The diffusion means has two diffusion portions maintaining a predetermined interval, the first diffusion portion on the gas inlet side has a plurality of substantially triangular islands, the long side of each island is aligned in a direction perpendicular to the gas flow direction, the gas The second diffusion portion on the outflow side has an approximately rectangular island having two long sides in parallel, and preferably each side of the two long sides is arranged side by side in the gas flow direction.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 원자층 박막 증착장치의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of an atomic layer thin film deposition apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 원자층 증착장치는 제 1 반응원료기체를 일정 시간동안 반응실로 주입하고, 일정시간동안 펌핑이나 불활성 기체를 이용하여 반응실을 퍼지하고, 제 2 반응원료기체를 일정 시간동안 주입한 후 다시 펌핑이나 불활성기체를 이용하여 다시 퍼지하는 공정을 반복하여 원하는 두께의 박막을 웨이퍼 또는 유리 기판등에 증착시키는 장치이다.In the atomic layer deposition apparatus according to the present invention, the first reaction raw material gas is injected into the reaction chamber for a predetermined time, the reaction chamber is purged using pumping or inert gas for a predetermined time, and the second reaction raw material gas is injected for a predetermined time. After repeating the pumping or purging again using an inert gas is a device for depositing a thin film of a desired thickness on a wafer or a glass substrate.
도 1에는 본 발명에 따른 원자층 증착 장치의 반응실의 개략적 구조를 보이며, 도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 상기 원자층 증착장치의 A 부분의 확대 도면으로서, 도 2는 후술하는 상부 도입부(311a, 321a)에 대한 가스 분배 구조를 보인 단면도이며, 도 3은 하부 도입부(311b, 321b)에 대한 가스 분배 구조를 보인 단면도이다.1 shows a schematic structure of a reaction chamber of an atomic layer deposition apparatus according to the present invention. FIGS. 2 and 3 are enlarged views of a portion A of the atomic layer deposition apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing a gas distribution structure for the introduction portions (311a, 321a), Figure 3 is a cross-sectional view showing a gas distribution structure for the lower introduction portions (311b, 321b).
도 1 내지 도 3을 참조하면, 일측에 배기구(2)가 마련된 진공용기(1) 내에 반응용기(3)가 마련되어 있다. 상기 반응용기(3)로는 진공용기(1) 외부로 부터의 2종의 반응가스(Source A, Source B)가 공급된다.1 to 3, a reaction vessel 3 is provided in a vacuum vessel 1 provided with an exhaust port 2 on one side. The reaction vessel 3 is supplied with two kinds of reaction gases (Source A, Source B) from the outside of the vacuum vessel (1).
본 실시예에 있어서는 상기 반응용기(3)는 3매의 반응판(31, 32, 33)을 구비한다. 상기 제 1, 제 2, 제 3 반응판(31, 32, 33)들의 각 내면에는 이들 각각의 사이에 2종의 가스가 유입되는 업스트림 측의 가스 도입부(311, 321) 및 이에 공간적으로 연결되는 것으로 웨이퍼(W)가 장착되는 다운스트림 측의 반응실(312, 322)을 제공하기 위한 채널이 형성된다. 상기 가스도입부(311, 321)들 각각은, 상부 도입부(311a, 321a) 및 하부 도입부(311b, 321b)를 구비한다. 상기 각 가스도입부(311, 321)의 상부 가스도입부(311a, 321a) 및 하부 도입부(311b, 321b)들의 사이에는 이들을 공간적으로 격리하는 분리판(35a, 35b)이 마련된다. 상부 상기 분리판(35, 36)을 상기 도입부(311, 321)로 부터 각 반응실(312, 322)의 전단에 까지 연장된다. 따라서, 상기와 같이 분리판(35a, 35b)에 의해 격리된 상부 가스도입부(311a, 321a)에는 도 1에 도시된 바와 같이 제 1 반응가스(Source A)가 유입되고 하부 도입부(311b, 321b)에는 제 2 반응가스(Source B)가 유입되며, 웨이퍼(W)가 위치하는 반응실(312, 322)에서는 혼합되게 된다. 상기 반응용기(3)의 전방에는 상기 각 도입부(311, 321)로 반응가스를 공급하는 반응가스 분배기(34)가 마련된다. 그리고, 제 1 반응판(31)의 상면에와 제 3 반응판(33)의 저면 각각에 상부 히이터(36a) 및 하부 히이터(36b)가 설치된다.In the present embodiment, the reaction vessel 3 is provided with three reaction plates 31, 32, 33. On each inner surface of the first, second, third reaction plates 31, 32, 33, gas introduction parts 311, 321 on the upstream side into which two kinds of gases are introduced therebetween, and spatially connected thereto As a result, a channel for providing the reaction chambers 312 and 322 on the downstream side where the wafer W is mounted is formed. Each of the gas introduction parts 311 and 321 includes upper introduction parts 311a and 321a and lower introduction parts 311b and 321b. Separation plates 35a and 35b are provided between the upper gas introduction parts 311a and 321a and the lower introduction parts 311b and 321b of the gas introduction parts 311 and 321 to spatially isolate them. The upper separation plates 35 and 36 extend from the introduction portions 311 and 321 to the front ends of the reaction chambers 312 and 322. Accordingly, as shown in FIG. 1, the first reaction gas Source A is introduced into the upper gas introducing parts 311a and 321a separated by the separating plates 35a and 35b as described above, and the lower inlet parts 311b and 321b are provided. The second reaction gas (Source B) is introduced into the reaction mixture, and mixed in the reaction chambers 312 and 322 in which the wafer W is located. In front of the reaction vessel 3 is provided with a reaction gas distributor 34 for supplying the reaction gas to each of the introduction portion (311, 321). In addition, an upper heater 36a and a lower heater 36b are provided on the upper surface of the first reaction plate 31 and the bottom of the third reaction plate 33, respectively.
도 4는 상기 제 1 반응판의 내면에 형성되는 채널을 구조를 보인 평면도이며, 도 5는 도 4의 A - A' 선 단면도, 도 6은 도 4의 B - A' 선 단면도이다.4 is a plan view showing a structure of a channel formed on an inner surface of the first reaction plate, FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 4, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 4.
제 1 반응판(31)의 테두리 부분에 일측이 개방된 'ㄷ' 자형 벽체(313)가 마련된다. 그리고, 상기 상부 도입부(311a)에 인접한 상기 벽체의 안쪽 가장자리 부분에 분리판(35a)의 가장자리 부분이 안착되는 계단부(314)가 형성된다. 상기 벽체(313)의 개방된 부분에 인접하여 웨이퍼(W)가 장착되는 반응실(312)이 형성된다. 상기 계단부(314)에 인접하는 반응가스 도입부(311)의 한 요소인 상부 도입부(311a)가 형성된다. 상부 도입부(311a)과 상기 반응실(312)의 사이에는 본발명을 특징지우는 반응가스 확산부(316)가 마련된다. 상기 확산부(316)는 다수가 일렬로 마련된 대략 삼각형 섬(island, 316a)들에 의한 제 1 확산부와, 제 1 확산부에 나란하게 다수 나란하게 배열되는 대략 사각형 섬(316b)들에 의한 제 2 확산부를 구비한다. 상기 삼각형 및 사각형 섬(316a, 316b)들의 정상면은 상기 계단부(314)에 의해 지지되는 분리판(34)의 일측면에 접촉된다. 따라서, 상기 상부 도입부(311a)로 유입된 반응가스는 상기 섬(316a, 316b)들 사이의 틈을 통해 유동하면서 확산되게 된다. 본 실시예에 의하면, 상기 제 1 확산부의 삼각형 섬(316a)은 4개가 마련되며, 그리고 제 2 확산부의 사각형 섬(316b)은 20 여개 마련되며, 상기 삼각형 섬(316a)들 사이에 마련되는 틈 즉, 가스가 통과하는 삼각형 섬(316a)들 사이의 전체 가스 통과영역의 면적에 비해 상기 사각형 섬(316b)들 사이에 마련되는 전체 가스통과영역의 면적에 비해 작다. 특히 상기 삼각형 섬(316a)의 장변이 가스 유입방향에 수직인 방향으로 정렬이 되어 있고, 따라서, 상기 삼각형 섬(316a)들의 사이에 마련되는 가스통과영역의 면적은 가스 진행방향으로 점차 확대된다. 상기 사각형 섬(316b)들 각각의 장변이 상호 나란하며, 가스 진행방향에 나란하게 배치된다. 따라서, 상기 제 1 확산부의 삼각형 섬(316a)들의 사이의 틈으로 유입된 반응가스는 점차 확대되는 면적의 틈즉, 점차 확대되는 면적으로 가지는 가스통과영역을 통과하면서 제 1 확산부와 제2 확산부 사이의 공간(36)으로 전체적으로 고르게 분포로 확산되게 된다. 상기 공간(36)에서 고르게 분포되어 있는 반응가스는 다시 제2확산부를 이루는 사각형 섬(316b)의 사이를 통해 반응실(312)로 유입되게 된다.A 'c' shaped wall 313 having one side open at an edge portion of the first reaction plate 31 is provided. A stepped portion 314 is formed on the inner edge portion of the wall adjacent to the upper introduction portion 311a to which the edge portion of the separator plate 35a is seated. A reaction chamber 312 in which the wafer W is mounted is formed adjacent to the open portion of the wall 313. An upper introduction portion 311a, which is an element of the reaction gas introduction portion 311 adjacent to the step portion 314, is formed. Between the upper introduction portion 311a and the reaction chamber 312 is provided with a reaction gas diffusion portion 316 characterizing the present invention. The diffusion portion 316 is formed by a first diffusion portion formed by a plurality of substantially triangular islands 316a arranged in a line, and a plurality of substantially rectangular islands 316b arranged side by side in parallel with the first diffusion portion. A second diffusion part is provided. Top surfaces of the triangular and square islands 316a and 316b are in contact with one side of the separator plate 34 supported by the step portion 314. Therefore, the reaction gas introduced into the upper introduction portion 311a is diffused while flowing through the gap between the islands 316a and 316b. According to the present embodiment, four triangular islands 316a of the first diffusion part are provided, and about 20 rectangular islands 316b of the second diffusion part are provided, and a gap is provided between the triangular islands 316a. That is, it is smaller than the area of the entire gas passage area provided between the rectangular islands 316b than the area of the entire gas passage area between the triangular islands 316a through which gas passes. In particular, the long sides of the triangular islands 316a are aligned in a direction perpendicular to the gas inflow direction, so that the area of the gas passage region provided between the triangular islands 316a gradually expands in the gas traveling direction. The long sides of each of the square islands 316b are parallel to each other, and are arranged side by side in the gas traveling direction. Accordingly, the reaction gas introduced into the gap between the triangular islands 316a of the first diffusion part passes through a gas passage region having a gradually expanding area, that is, a gradually expanding area, and the first diffusion part and the second diffusion part. Into the spaces 36 therebetween are spread evenly throughout. The reaction gas evenly distributed in the space 36 is introduced into the reaction chamber 312 again between the rectangular islands 316b forming the second diffusion portion.
상기 상부 도입부(311a)에 인접하는 벽체(313) 부분에 반응가스유입공(317)이 형성된다. 도 4의 A - A'선 단면도인 도 5를 참조하면, 상기 상부 가스도입부(311a)의 바닥면은 상기 가스 확산부 쪽으로 갈수록 높아진다. 그리고, 도 4의 B - A' 선 단면도인 도 5를 참조하면, 상기 제1확산부의 삼각형 섬은 상기 가스도입부(311a)의 경사진 바닥면에 형성되고, 제2확산부의 사각형섬(316b)은 상기 가스도입부(311a)의 끝 자락에 위치하는 평탄면에 형성된다.A reaction gas inlet hole 317 is formed in a portion of the wall 313 adjacent to the upper introduction portion 311a. Referring to FIG. 5, which is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 4, the bottom surface of the upper gas introducing portion 311a increases toward the gas diffusion portion. Referring to FIG. 5, which is a cross-sectional view taken along line B-A 'of FIG. 4, a triangular island of the first diffusion portion is formed on an inclined bottom surface of the gas introduction portion 311a and a square island 316b of the second diffusion portion. Is formed on a flat surface positioned at the end of the gas introduction portion 311a.
도 7은 제 2 반응판(32)의 평면도이며, 도 8은 도 7의 C - C' 선 단면도이며, 도 9는 도 7의 D - C' 선 단면도이다.FIG. 7 is a plan view of the second reaction plate 32, FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. 7, and FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. 7.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 제 2 반응판(32)의 상면에 상기 제 1 반응판(31)의 벽체(313), 계단부(314) 삼각형 섬(316a), 사각형 섬(316b)에 구조적으로 대응하는 것으로 상기 제 1 반응판(313)의 벽체(313)의 정상면과 그 정상면이 접촉되는 벽체(323), 상기 제 1 반응판(313)의 계단부(314)와 함께 분리판(35a)을 고정하는 계단부(324), 전술한 바와 같은 기능의 확산부를 구성하는 삼각형 섬(326a) 및 사각형 섬(326b)가 형성되어 있다.7 to 9, the wall 313 of the first reaction plate 31, the stepped portion 314 of the triangular island 316a, and the rectangular island 316b of the first reaction plate 32 are formed on the top surface of the second reaction plate 32. The structural plate corresponds to a wall 323 in which the top surface of the wall 313 of the first reaction plate 313 and the top surface of the first reaction plate 313 and the step 314 of the first reaction plate 313 are separated. A step portion 324 for fixing 35a), a triangular island 326a and a square island 326b constituting the diffusion portion having the function described above are formed.
상기 제 2 반응판(32)의 상면에 제 1 반응판(31)의 상부 도입부(311a)에 대응하는 하부 도입부(311b)가 형성되어 있다. 또한, 제 1 반응판(31)과의 사이에서 형성되는 반응실(312)에 위치하는 웨이퍼 장착부(312a)가 마련되어 있다.The lower introduction part 311b corresponding to the upper introduction part 311a of the first reaction plate 31 is formed on the upper surface of the second reaction plate 32. Moreover, the wafer mounting part 312a located in the reaction chamber 312 formed between the 1st reaction plates 31 is provided.
상기 하부 도입부(311b)에 인접한 벽체(323) 부분에 두개의 반응가스 유입공(317a, 317b)이 마련되어 있다. 상기 반응가스 유입공(317a, 317b)을 상기 제 2 반응판(32)의 상면과 하면에 각각 마련되는 하부 도입부(311b) 및 제 3 반응판(33)에 대응하는 상부 도입부(321a)로 연결된다.Two reaction gas inlet holes 317a and 317b are provided in a portion of the wall 323 adjacent to the lower introduction portion 311b. The reaction gas inlet holes 317a and 317b are connected to the lower inlet 311b and the upper inlet 321a corresponding to the third reaction plate 33 respectively provided on the upper and lower surfaces of the second reaction plate 32. do.
위의 구조에 있어서, 제 1 확산부에 마련된 섬들 사이의 가스통과영역이 상기 제 2 확산부에 마련된 섬들 사이의 가스통과영역에 대해 가스유동방향에 수직인 방향으로 상호 어긋나게 위치시키는 것이 가스 확산 및 이에 따른 반응가스의 분포를 보다 더 균일하게 유지시킬 수 있다.In the above structure, the gas diffusion and the gas passage region between the islands provided in the first diffusion portion are shifted from each other in a direction perpendicular to the gas flow direction with respect to the gas passage region between the islands provided in the second diffusion portion. Accordingly, the distribution of the reaction gas can be maintained more uniformly.
상기 제 2반응판(32)의 저면에 형성되는 채널은 구조는 상기 제1반응판(31)의 내면에 형성되는 구조와 같으며, 제 3 반응판(33)의 내면에 형성되는 채널의 구조는 제 2 반응판(32)의 상면에 형성되는 구조와 실질적으로 동일하다. 이러한 제 3 반응판(33)의 구조는 상기 제 2 반응판(32)의 상면에 형성된 구조물을 통해 충분히 이해될 수 있으므로 더 이상 설명되지 않는다.The channel formed on the bottom surface of the second reaction plate 32 has the same structure as that formed on the inner surface of the first reaction plate 31, and the structure of the channel formed on the inner surface of the third reaction plate 33. Is substantially the same as the structure formed on the upper surface of the second reaction plate (32). Since the structure of the third reaction plate 33 can be sufficiently understood through the structure formed on the upper surface of the second reaction plate 32, it will not be described any further.
이상의 실시예에서는 3 매의 반응판에 의해 동시에 두개의 웨이퍼 또는 기판에 대한 박막 성장이 가능한 구조의 원자층 박막 성장장치가 설명되었다. 그러나, 상기와 같은 구조를 배경으로 2 매 이상의 웨이퍼 또는 기판에 대한 박막 성장이 가능한 구조, 또는 하나의 웨이퍼나 기판에 대한 박막 성장 구조가 용이하게 도출될 수 있을 것이다.In the above embodiment, an atomic layer thin film growth apparatus having a structure in which thin films can be simultaneously grown on two wafers or substrates by three reaction plates is described. However, a structure capable of thin film growth on two or more wafers or substrates, or a thin film growth structure on one wafer or substrate may be easily derived based on the above structure.
상기와 같은 본 발명에 따른 원자층 박막 증착 장치에 있어서, 상기 확산 공간은 주입 기체관의 면적보다 3배 이상되도록 설계하여 반응가스 분배기를 거쳐 나온 기체가 충분히 확산이 일어나도록 하는 것이 바람직하고, 분배기에서 나온 원료기체와 제1 확산부의 섬과의 거리가 가장 멀리 위치하도록 하고 점차 제 1 확산부의 섬과의 거리를 가깝게 하는 구조로 하는 것이 바람직하다. 이때 가스분배기에서 나온 반응가스는 제1확산부의 한 섬의 중심에 부딪치도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 삼각형 섬은 확산공간에서 충분히 확산되어 나온 기체의 공간 분포를 균일하게 제 1 확산부의 섬에 분사되고, 다시 조밀한 사각형 섬들의 사이에서 더욱 공간 분포를 균일하게 분사시켜 기판에 원료기체가 분사된다.In the atomic layer thin film deposition apparatus according to the present invention as described above, it is preferable that the diffusion space is designed to be three times or more than the area of the injection gas pipe so that the gas passing through the reaction gas distributor is sufficiently diffused. It is desirable to have a structure in which the distance between the raw material gas and the island of the first diffusion portion is located farthest, and the distance from the island of the first diffusion portion is gradually closer. At this time, it is preferable that the reaction gas from the gas distributor hits the center of one island of the first diffusion part. That is, the triangular island is uniformly sprayed on the island of the first diffusion portion of the gas distribution sufficiently diffused in the diffusion space, and the raw material gas is sprayed on the substrate by spraying the space distribution evenly among the dense rectangular islands again. do.
상기 삼각형 섬은 반달형의 형상을 가질 수 있고, 이들 사이의 가스통과영역의 확대각도 즉 분사각은 90도 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.The triangular island may have a half moon shape, and the enlarged angle, that is, the injection angle, of the gas passing region therebetween is preferably 90 degrees or more.
사각형 분사판은 직사각형 또는 타원형으로 제작되는 것이 바람직하고, 상기 삼각형 섬들 사이의 기체통과영역의 면적과 같거나 큰 최종 기체 통과영역이 마련되도록 하는 것이 바람직하다.The rectangular jet plate is preferably manufactured in a rectangular or elliptical shape, and it is preferable to provide a final gas passing area which is equal to or larger than the area of the gas passing area between the triangular islands.
상기와 같은 본 발명의 원자층 박막증착 장치는 가스 도입부와 반응실의 사이에 가스를 웨이퍼 또는 기판의 전면에 대해 고른 분포로 반응가스가 공급될 수 있도록 하는 반응가스 확산부를 가짐으로써, 웨이퍼 또는 기판에 대한 박막 성장시 국부적인 두께의 편차를 극히 줄일 수 있게 된다.The atomic layer thin film deposition apparatus of the present invention as described above has a reaction gas diffusion portion that allows the reaction gas to be supplied in an even distribution with respect to the entire surface of the wafer or substrate between the gas introduction portion and the reaction chamber, thereby providing a wafer or a substrate. It is possible to greatly reduce the variation of the local thickness during the growth of the thin film.
이러한 고른 분포의 반응가스의 확산은 전술한 바와 같이 삼각형 또는 반단형 섬에 의한 제1확산부, 사각형 또는 타원형 섬에 의한 제2확산부에 의해 보다 효과적으로 이루어 질 수 있게 된다.As described above, the diffusion of the reaction gas in the even distribution may be more effectively performed by the first diffusion unit by the triangular or semi-stage island and the second diffusion unit by the square or elliptical island.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 원자층 박막 증착 장치는 진공 용기안에 터널 형상의 반응실을 만들어 그 내부에 2종 이상의 반응 원료기체를 일정시간동안 순차적으로 주입할 때 주입되는 원료기체의 공간 분포를 균일하게 하여 증착되는 박막의 균일도를 개선할수 있으며, 반응실의 공간을 최소화하여 반응원료기체와 퍼지기체의 사용을 최소화함으로서 기체의 주입시간을 단축할수 있어 공정의 소요시간을 줄일수 있게 된다.As described above, the atomic layer thin film deposition apparatus according to the present invention creates a tunnel-shaped reaction chamber in a vacuum vessel, and space distribution of the raw material gas injected when two or more kinds of reaction raw material gases are sequentially injected therein for a predetermined time. The uniformity of the deposited thin film can be improved, and the space required for the reaction chamber can be shortened by minimizing the space of the reaction chamber and minimizing the use of the reaction raw material gas and the purge gas, thereby reducing the time required for the process.
또한 반응실에 주입되는 2종의 반응원료기체가 서로 다른 주입 경로를 따라이동하므로 서로 반응할 수 있는 기회를 줄여 기판이외의 반응실내에서 반응에 의한 오염입자의 생성을 방지할수 있다.In addition, since the two kinds of reaction raw materials injected into the reaction chamber move along different injection paths, it is possible to reduce the chance of reacting with each other, thereby preventing generation of contaminated particles by reaction in the reaction chamber other than the substrate.
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