(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を製造するために基板が処理される反応チャンバと、
前記反応チャンバ内に第１工程ガスを供給する第１工程ガス供給管と、
第１入口、第２入口、第１出口及び第２出口を含み、前記第１工程ガス供給管とは前記第１入口及び第１出口でそれぞれ連結されるように、前記第１工程ガス供給管の中間に設けられる４方弁と、
前記４方弁の第２入口に連結され、第２工程ガスを供給する第２工程ガス供給管と、
前記４方弁の第２出口に連結されたバイパス管と、
前記バイパス管に設けられた断続弁と、を備える４方弁を有し、
前記第２工程ガス供給管の中間に連結され、第３工程ガスを供給する第３工程ガス供給管をさらに備え、
前記第１工程ガスは、パージガスであり、前記第３工程ガスは、キャリアガスであり、前記第２工程ガスは、前記反応チャンバ内で前記基板に半導体素子を製造するために反応するソースガスであり、
前記４方弁は、４方ダイアフラム弁であり、該４方ダイアフラム弁が閉鎖された場合、前記断続弁が開放されて、前記パージガスは前記反応チャンバに供給され、前記キャリアガスまたはソースガスは前記バイパス管に流れ、また  該４方ダイアフラム弁が開放された場合、前記断続弁が閉鎖されて、前記パージガスが前記反応チャンバに供給され、前記キャリアガスまたはソースガスも前記反応チャンバに供給されることを特徴とする半導体素子の製造装置。
【請求項２】
前記第３工程ガス供給管の一端には第３工程ガス供給源が設けられ、前記第３工程ガス供給源と前記４方弁との間に第１断続弁が設けられ、前記第２工程ガス供給管の一端は、前記４方弁と前記第１断続弁との間の前記第３工程ガス供給管に連結され、前記第２工程ガス供給管の他端には第２工程ガス供給源が設けられ、前記第３工程ガス供給源と前記第１断続弁との間の前記第３工程ガス供給管から分岐され、前記第２工程ガス供給源に連結されて、前記第３工程ガスを、前記第２工程ガス供給源に向って選択的に供給する第３工程ガス供給管がさらに設けられたことを特徴とする請求項１に記載の４方弁を有する半導体素子の製造装置。
【請求項３】
前記第２工程ガスと異種の第２工程ガスを選択的に供給するように、前記第３工程ガス供給管に前記第２工程ガス供給源に対応して、前記異種の第２工程ガス供給源が並列に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の４方弁を有する半導体素子の製造装置。
【請求項４】
前記第３工程ガス供給管の一端には第３工程ガス供給源が設けられ、前記第３工程ガス供給源と前記４方弁との間に第１断続弁が設けられ、前記第２工程ガス供給管の一端は、前記４方弁と前記第１断続弁との間の前記第３工程ガス供給管に第２の３方弁により連結され、前記第２工程ガス供給管の他端には第２工程ガス供給源が設けられ、前記第３工程ガス供給源と前記第１断続弁との間の前記第３工程ガス供給管から第１の３方弁を通じて分岐されて前記第２工程ガス供給源に連結されて、前記第３工程ガスを前記第２工程ガス供給源に向って選択的に供給する第３工程ガス供給管がさらに設けられ、
前記異種の第２工程ガス供給管の一端は、前記４方弁と前記第２の３方弁との間で第４の３方弁により連結され、前記異種の第２工程ガス供給管の他端には、前記異種の第２工程ガス供給源が設けられ、前記第３工程ガス供給源と前記第１の３方弁との間で第３の３方弁により分岐されて、前記第３工程ガスを前記異種の第２工程ガス供給源に向って選択的に供給する第３工程ガス供給管がさらに設けられたことを特徴とする請求項３に記載の４方弁を有する半導体素子の製造装置。
【請求項５】
前記断続弁は、２方ダイアフラム弁であることを特徴とする請求項１に記載の４方弁を有する半導体素子の製造装置。
【請求項６】
前記４方ダイアフラム弁は、
胴体と、
前記胴体の上側に一定の空間を確保するために形成されたハウジングと、
前記ハウジング内に設けられたダイアフラム隔板と、
前記胴体の下部で前記第１工程ガス供給管が前記４方ダイアフラム弁の第１入口及び第１出口を直線的に貫通するように形成された第１水平貫通孔と、
前記第１水平貫通孔の中間で前記胴体の上側表面に垂直貫通された第１垂直貫通孔と、
前記バイパス管と連結された前記４方ダイアフラム弁の第２出口と連結され、前記胴体の上側表面に垂直貫通された第２垂直貫通孔と、
前記第３工程ガス供給管と連結された前記４方ダイアフラム弁の第２入口と連結され、
前記胴体の上側表面に垂直貫通された第３垂直貫通孔と、
前記第２垂直貫通孔の上端部と前記第３垂直貫通孔の上端部とを連通させる第２水平貫通孔と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の４方弁を有する半導体素子の製造装置。
【請求項７】
前記４方ダイアフラム弁は、
胴体と、
前記胴体の上側に一定の空間を確保するために形成されたハウジングと、
前記ハウジング内に設けられたダイアフラム隔板と、
前記胴体の下部で前記第１工程ガス供給管が前記４方ダイアフラム弁の第１入口及び第１出口を直角に貫通するように形成された第１水平貫通孔と、
前記第１水平貫通孔の中間で前記胴体の上側表面に垂直貫通された第１垂直貫通孔と、
前記第３工程ガス供給管と連結される前記４方ダイアフラム弁の第２入口と前記バイパス管と連結する前記４方ダイアフラム弁の第２出口とを直角に貫通するように形成された第２水平貫通孔と、
前記第２水平貫通孔の中間で前記胴体の上側表面に垂直貫通された第２垂直貫通孔と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の４方弁を有する半導体素子の製造装置。
【請求項８】
前記反応チャンバ内のガスを排気するように前記反応チャンバに連結され、中間に排気用ポンプが設けられた排気管をさらに備え、前記バイパス管は、前記排気用ポンプの前端の前記排気管内に連結されることを特徴とする請求項１に記載の４方弁を有する半導体素子の製造装置。
【請求項９】
前記半導体素子の製造装置は、前記反応チャンバ内に供給される工程ガスを用いた蒸着装置またはエッチング装置であることを特徴とする請求項１に記載の４方弁を有する半導体素子の製造装置。
【請求項１０】
半導体素子を製造するために基板が処理される反応チャンバと、
前記反応チャンバと連結され、前記反応チャンバにパージガスを供給するパージガス供給管と、
第１入口、第２入口、第１出口及び第２出口を含み、前記パージガス供給管とは前記第１入口及び第１出口でそれぞれ連結されるように前記パージガス供給管の中間に設けられる４方弁と、
前記４方弁の第２入口に連結され、前記反応チャンバにソースガスを供給するソースガス供給管と、
前記ソースガス供給管に連結される第１キャリアガス供給管と、
前記反応チャンバと連結されて前記反応チャンバに反応ガスを供給する反応ガス供給管と、
前記反応ガス供給管に連結される第２キャリアガス供給管と、
前記反応チャンバ内のガスを排気するように前記反応チャンバに連結され、中間に排気用ポンプが設けられた排気管と、
前記４方弁の第２出口と前記排気用ポンプより前の前記排気管との間に連結され、中間に断続弁が設けられたバイパス管と、を備える４方弁を有し、
前記４方弁は、４方ダイアフラム弁であり、該４方ダイアフラム弁が閉鎖された場合、前記断続弁が開放されて、前記パージガスは前記反応チャンバに供給され、前記第１キャリアガスまたはソースガスは前記バイパス管に流れ、また、該４方ダイアフラム弁が開放された場合、前記断続弁が閉鎖されて、前記パージガスは前記反応チャンバに供給され、前記第１キャリアガスまたはソースガスは前記反応チャンバに供給されるように構成されたことを特徴とする半導体素子の製造装置。
【請求項１１】
前記排気管と前記バイパス管とが連結される地点と前記反応チャンバとの間の前記排気管にスロットル弁がさらに設けられたことを特徴とする請求項１０に記載の４方弁を有する半導体素子の製造装置。
【請求項１２】
前記第１キャリアガス供給管の一端には第１キャリアガス供給源が設けられ、前記第１キャリアガス供給源と前記４方弁との間に第１断続弁が設けられ、前記ソースガス供給管の一端は、前記４方弁と前記第１断続弁との間の前記第１キャリアガス供給管に連結され、前記ソースガス供給管の他端には、ソースガス供給源が設けられ、前記第１キャリアガス供給源と前記第１断続弁との間の前記第１キャリアガス供給管から分岐され、前記ソースガス供給源に連結されて前記第１キャリアガスを前記ソースガス供給源に向って選択的に供給する第１キャリアガス供給管がさらに設けられたことを特徴とする請求項１０に記載の４方弁を有する半導体素子の製造装置。
【請求項１３】
前記ソースガスと異種のソースガスとを選択的に供給するように前記第１キャリアガス供給管に前記ソースガス供給源に対応して前記異種のソースガス供給源が並列に設けられたことを特徴とする請求項１０に記載の４方弁を有する半導体素子の製造装置。
【請求項１４】
前記第１キャリアガス供給管の一端には、第１キャリアガス供給源が設けられ、前記第１キャリアガス供給源と前記４方弁との間に第１断続弁が設けられ、前記ソースガス供給管の一端は、前記４方弁と前記第１断続弁との間の前記第１キャリアガス供給管に第２の３方弁により連結され、前記ソースガス供給管の他端には、ソースガス供給源が設けられ、前記第１キャリアガス供給源と前記第１断続弁との間の前記第１キャリアガス供給管か
ら第１の３方弁を通じて分岐され、前記ソースガス供給源に連結されて前記第１キャリアガスを前記ソースガス供給源に向って選択的に供給する第１キャリアガス供給管がさらに設けられ、
前記異種のソースガス供給管の一端は、前記４方弁と前記第２の３方弁との間で第４の３方弁により連結され、前記異種のソースガス供給管の他端には、前記異種のソースガス供給源が設けられ、前記第１キャリアガス供給源と前記第１の３方弁との間で第３の３方弁により分岐され、前記第１キャリアガスを前記異種のソースガス供給源に向って選択的に供給する第１キャリアガス供給管がさらに設けられたことを特徴とする請求項１３に記載の４方弁を有する半導体素子の製造装置。
【請求項１５】
相異なる前記反応ガスが選択的に供給されるように前記反応ガス供給管に反応ガス供給源が複数個並列に設けられたことを特徴とする請求項１０に記載の４方弁を有する半導体素子の製造装置。
【請求項１６】
前記４方ダイアフラム弁は、
胴体と、
前記胴体の上側に一定の空間を確保するために形成されたハウジングと、
前記ハウジング内に設けられたダイアフラム隔板と、
前記胴体の下部で前記パージガス供給管が前記４方ダイアフラム弁の第１入口及び第１出口を直線的に貫通するように形成された第１水平貫通孔と、
前記第１水平貫通孔の中間で前記胴体の上側表面に垂直貫通された第１垂直貫通孔と、
前記バイパス管と連結された前記４方ダイアフラム弁の第２出口と連結され、前記胴体の上側表面に垂直貫通された第２垂直貫通孔と、
前記ソースガス供給管と連結された前記４方ダイアフラム弁の第２入口と連結され、前記胴体の上側表面に垂直貫通された第３垂直貫通孔と、
前記第２垂直貫通孔の上端部と前記第３垂直貫通孔の上端部とを連通させる第２水平貫通孔と、を備えることを特徴とする請求項１０に記載の４方弁を有する半導体素子の製造装置。
【請求項１７】
前記４方ダイアフラム弁は、
胴体と、
前記胴体の上側に一定の空間を確保するために形成されたハウジングと、
前記ハウジング内に設けられたダイアフラム隔板と、
前記胴体の下部で前記パージガス供給管が前記４方ダイアフラム弁の第１入口及び第１出口を直角に貫通するように形成された第１水平貫通孔と、
前記第１水平貫通孔の中間で前記胴体の上側表面に垂直貫通された第１垂直貫通孔と、
前記ソースガス供給管と連結される前記４方ダイアフラム弁の第２入口と前記バイパス管と連結される前記４方ダイアフラム弁の第２出口とを直角に貫通するように形成された第２水平貫通孔と、
前記第２水平貫通孔の中間で前記胴体の上側表面に垂直貫通された第２垂直貫通孔と、
を備えることを特徴とする請求項１０に記載の４方弁を有する半導体素子の製造装置。
【請求項１８】
前記半導体素子の製造装置は、前記ソースガスまたは前記反応ガスのうち、少なくとも１つが断続的に前記反応チャンバに供給される装置であることを特徴とする請求項１０に記載の４方弁を有する半導体素子の製造装置。
【請求項１９】
半導体素子を製造するために基板が処理される反応チャンバと、前記反応チャンバ内に第１工程ガスを供給する第１工程ガス供給管と、第１入口、第２入口、第１出口及び第２出口を含み、前記第１工程ガス供給管とは前記第１入口及び第１出口でそれぞれ連結されるように前記第１工程ガス供給管の中間に設けられる４方弁と、前記４方弁の第２入口に連結され、第２工程ガスを供給する第２工程ガス供給管と、前記４方弁の第２出口に連結されたバイパス管と、前記バイパス管に設けられた断続弁と、を備える４方弁を有する半導体素子の製造装置において、前記第２工程ガスを前記反応チャンバに供給する間に、前記バイパス管に設けられた前記断続弁を閉鎖すると同時に、前記４方弁を開放させる段階と、
前記反応チャンバに前記第２工程ガスの供給を中断する間に、前記断続弁を開放すると同時に、前記４方弁を閉鎖させる段階と、を含む４方弁を有し、
前記第２工程ガスを前記反応チャンバに供給または中断する間に、前記４方弁の開放または閉鎖に関係なく、前記第１工程ガスは、前記反応チャンバに持続的に供給され、
前記第１工程ガスは、パージガスであり、前記第２工程ガスは、前記反応チャンバ内で前記基板に半導体素子を製造するために反応するソースガスである、半導体素子の製造装置の弁制御方法。
【請求項２０】
前記第２工程ガスと第３工程ガスとを前記４方弁の第２入口に選択的に供給するために前記第２工程ガス供給管に連結される第３工程ガス供給管をさらに備え、
前記第２工程ガスが前記反応チャンバに供給される間に前記第３工程ガスは、前記第２工程ガスと共に前記反応チャンバに供給され、
前記第２工程ガスの前記反応チャンバへの供給が中断される間に、前記第３工程ガスだけが選択されて、前記バイパス管にバイパスされることを特徴とする請求項１９に記載の４方弁を有する半導体素子の製造装置の弁制御方法。
【請求項２１】
半導体素子を製造するために基板が処理される反応チャンバと、前記反応チャンバと連結されて前記反応チャンバにパージガスを供給するパージガス供給管と、第１入口、第２入口、第１出口及び第２出口を備え、前記パージガス供給管とは前記第１入口及び第１出口でそれぞれ連結されるように前記パージガス供給管の中間に設けられる４方弁と、前記４方弁の第２入口に連結され、前記反応チャンバにソースガスを供給するソースガス供給管と、前記ソースガス供給管に連結される第１キャリアガス供給管と、前記反応チャンバと連結され、前記反応チャンバに反応ガスを供給する反応ガス供給管と、
前記反応ガス供給管に連結される第２キャリアガス供給管と、前記反応チャンバ内のガスを排気するように前記反応チャンバに連結され、中間に排気用ポンプが設けられた排気管と、前記４方弁の第２出口と前記排気用ポンプより前の前記排気管との間に連結され、
中間に断続弁が設けられたバイパス管と、を備える４方弁を有する半導体素子の製造装置において、前記ソースガスを前記反応チャンバに供給する間に、前記バイパス管に設けられた前記断続弁を閉鎖すると同時に、前記４方弁を開放させる段階と、
前記反応チャンバに前記ソースガスの供給を中断する間に、前記断続弁を開放すると同時に、前記４方弁を閉鎖させる段階と、を含む４方弁を有し、
前記ソースガスが前記反応チャンバに供給または中断される間に、前記４方弁の開放または閉鎖に関係なく、前記パージガスは前記反応チャンバに持続的に供給される、半導体素子の製造装置の弁制御方法。
【請求項２２】
前記ソースガス供給管の一端には、ソースガス供給源が設けられ、前記第１キャリアガス供給管の一端は、前記４方弁と前記ソースガス供給源との間の前記ソースガス供給管に連結され、前記第１キャリアガス供給管の他端には、第１キャリアガス供給源がさらに設けられ、前記第１キャリアガス供給管から分岐されて前記ソースガス供給源に連結される追加的な第１キャリアガス供給管がさらに設けられ、前記追加的な第１キャリアガス供給管が分岐される地点と、前記ソースガス供給管と前記第１キャリアガス供給管との連結地点との間に第１断続弁がさらに設けられており、
前記ソースガスを前記反応チャンバに供給する段階では、前記第１断続弁が閉鎖されると同時に、前記ソースガスと共に前記第１キャリアガスが前記反応チャンバに供給され、前記反応チャンバへの前記ソースガスの供給を中断する段階では、前記第１断続弁が開放されると同時に、前記バイパス管の前記断続弁が開放され、前記第１キャリアガスだけが前記バイパス管にバイパスされることを特徴とする請求項２１に記載の４方弁を有する半導体素子の製造装置の弁制御方法。
【請求項２３】
半導体素子を製造するために基板が処理される反応チャンバと、前記反応チャンバと連結され、前記反応チャンバにパージガスを供給するパージガス供給管と、第１入口、第２入口、第１出口及び第２出口を備え、前記パージガス供給管とは前記第１入口及び第１出口でそれぞれ連結されるように前記パージガス供給管の中間に設けられる４方弁と、前記４方弁の第２入口に連結され、前記反応チャンバにソースガスを供給するソースガス供給管と、前記ソースガス供給管に連結される第１キャリアガス供給管と、前記反応チャンバと連結され、前記反応チャンバに反応ガスを供給する反応ガス供給管と、前記反応ガス供給管に連結される第２キャリアガス供給管と、前記反応チャンバ内のガスを排気するように前記反応チャンバに連結され、中間に排気用ポンプが設けられた排気管と、前記４方弁の第２出口と前記排気用ポンプより前の前記排気管との間に連結され、中間に断続弁が設けられたバイパス管と、を備える４方弁を有する半導体素子の製造装置において、
前記基板を前記反応チャンバ内にローディングする段階と、
前記反応チャンバ内に前記ソースガスを供給して前記基板上にソースガス物質層を吸着させる段階と、
前記反応チャンバ内に前記パージガスを供給して前記基板上に吸着されていない前記ソースガス物質層をパージする段階と、
前記反応チャンバ内に前記反応ガスを供給して、前記基板上に吸着された前記ソースガス物質層と反応させて前記基板上に第１反応物質層を形成させる段階と、
前記反応チャンバ内に前記パージガスを供給して未反応の前記反応ガスをパージする段階と、を含み、
前記４方弁は、４方ダイアフラム弁であり、該４方ダイアフラム弁は、該４方ダイアフラム弁が閉鎖された場合、前記断続弁が開放されて、前記パージガスは前記反応チャンバに供給され、前記第１キャリアガスまたはソースガスは前記バイパス管に流れ、また、該４方ダイアフラム弁が開放された場合、前記断続弁が閉鎖されて、前記パージガスが前記反応チャンバに供給され、前記第１キャリアガスまたはソースガスも前記反応チャンバに供給されることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２４】
前記ソースガス物質層を吸着させる段階、前記ソースガス物質層をパージする段階、前記第１反応物質層を形成させる段階及び前記反応ガスをパージする段階を１周期として複数回繰り返して行うことを特徴とする請求項２３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２５】
前記第１反応物質層を形成させる段階では、前記反応ガスをプラズマ状態下で前記ソースガス物質層と反応させることを特徴とする請求項２３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２６】
前記反応チャンバ内に前記ソースガスを供給して前記基板上にソースガス物質層を吸着させる段階では、前記反応チャンバ内に前記ソースガス以外にも、前記パージガス、前記第１キャリアガス及び前記第２キャリアガスが供給されることを特徴とする請求項２３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２７】
前記反応チャンバ内に前記ソースガスを供給して前記基板上にソースガス物質層を吸着させる段階では、前記バイパス管に設けられた前記断続弁を閉鎖すると同時に、前記４方弁の第２入口及び第１出口を開放させ、前記ソースガス供給管を通じては前記ソースガスを前記反応チャンバに供給することを特徴とする請求項２３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２８】
前記ソースガス物質層をパージする段階では、前記反応チャンバ内に前記パージガス以外にも前記第２キャリアガスが供給されることを特徴とする請求項２３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２９】
前記ソースガス物質層をパージする段階では、前記バイパス管に設けられた前記断続弁を開放すると同時に、前記４方弁の第２入口及び第２出口を開放させ、前記ソースガス供給管を通じては前記第１キャリアガスを前記バイパス管にバイパスすることを特徴とする請求項２３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３０】
前記反応チャンバ内に前記反応ガスを供給して前記第１反応物質層を形成させる段階では、前記反応チャンバ内に前記反応ガス以外にも前記パージガス、前記第２キャリアガスが供給されることを特徴とする請求項２３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３１】
前記反応チャンバ内に前記反応ガスを供給して前記第１反応物質層を形成させる段階では、前記バイパス管に設けられた前記断続弁を開放すると同時に、前記４方弁の第２入口及び第２出口を開放させ、前記ソースガス供給管を通じては前記第１キャリアガスを前記バイパス管にバイパスさせることを特徴とする請求項２３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３２】
前記ソースガス供給管の一端には、ソースガス供給源が設けられ、前記第１キャリアガス供給管の一端は、前記４方弁と前記ソースガス供給源との間の前記ソースガス供給管に連結され、前記第１キャリアガス供給管の他端には、第１キャリアガス供給源がさらに設けられ、前記第１キャリアガス供給管から分岐されて前記ソースガス供給源に連結される追加的な第１キャリアガス供給管がさらに設けられ、前記追加的な第１キャリアガス供給管が分岐される地点と前記ソースガス供給管と前記第１キャリアガス供給管とが連結される地点との間に第１断続弁がさらに設けられており、
前記ソースガスを前記反応チャンバに供給する段階では、前記第１断続弁が閉鎖されると同時に、前記ソースガスと共に前記第１キャリアガスが前記反応チャンバに同時に供給され、
前記反応チャンバに前記ソースガスの供給を中断する段階では、前記第１断続弁が開放されると同時に、前記バイパス管の断続弁が開放されて前記第１キャリアガスだけが前記バイパス管にバイパスされることを特徴とする請求項２３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３３】
相異なる前記ソースガスが選択的に供給されるように前記ソースガス供給源が複数個並列に設けられたことを特徴とする請求項３２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３４】
相異なる反応ガスが選択的に供給されるように前記反応ガス供給管に反応ガス供給源が複数個並列に設けられたことを特徴とする請求項２３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３５】
前記相異なるソースガスを各ソースガスパルス段階ごとに交互に供給することを特徴とする請求項３３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３６】
前記相異なるソースガスのうち、何れか一種のソースガスに対して前記ソースガスパルス段階を複数回行った後、異種のソースガスに対して前記ソースガスパルス段階を複数回行うことを特徴とする請求項３３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３７】
前記相異なる反応ガスを各反応ガスパルス段階ごとに交互に供給することを特徴とする請求項３４に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３８】
前記相異なる反応ガスのうち、何れか一種の反応ガスに対して前記反応ガスパルス段階を複数回行った後、異種の反応ガスに対して前記反応ガスパルス段階を複数回行うことを特徴とする請求項３７に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３９】
半導体素子を製造するために基板が処理される反応チャンバと、
前記反応チャンバと連結されて前記反応チャンバにパージガスを供給するパージガス供給管と、
第１−１入口、第１−２入口、第１−１出口及び第１−２出口を備え、前記パージガス供給管とは前記第１−１入口及び第１−１出口でそれぞれ連結されるように前記パージガス供給管の中間に設けられる第１の４方弁と、
第２−１入口、第２−２入口、第２−１出口及び第２−２出口を備え、前記パージガス供給管とは前記第２−１入口及び第２−１出口でそれぞれ連結され、前記第１の４方弁と直列に前記パージガス供給管の中間に設置される第２の４方弁と、
前記第１−２入口及び第２−２入口に連結されて前記反応チャンバにソースガスを供給する第１及び第２ソースガス供給管と、
前記第１及び第２ソースガス供給管にそれぞれ連結される第１キャリアガス供給管と、
前記反応チャンバと連結されて、前記反応チャンバに反応ガスを供給する反応ガス供給管と、
前記反応ガス供給管に連結される第２キャリアガス供給管と、
前記反応チャンバ内のガスを排気するように前記反応チャンバに連結され、中間に排気用ポンプが設けられた排気管と、
前記第１−２出口及び第２−２出口と前記排気用ポンプより前の前記排気管との間に連結され、それぞれ中間に断続弁が設けられたバイパス管と、を含み、
前記反応チャンバ内に前記ソースガスを供給して前記基板上にソースガス物質層を吸着させる段階では、前記バイパス管に設けられた前記断続弁を閉鎖すると同時に、前記第１−２入口、第２−２入口、第１−１出口、及び、第２−１出口を開放させ、前記ソースガス供給管を通じては前記ソースガスを前記反応チャンバに供給し、
前記ソースガス物質層をパージする段階では、前記バイパス管に設けられた前記断続弁を開放すると同時に、前記第１−２入口、第２−２入口、第１−２出口、及び、第２−２出口を開放させ、前記ソースガス供給管を通じては前記第１キャリアガスを前記バイパス管にバイパスし、
前記反応チャンバ内に前記反応ガスを供給して前記第１反応物質層を形成させる段階では、前記バイパス管に設けられた前記断続弁を開放すると同時に、前記第１−２入口、第２−２入口、第１−２出口、及び、第２−２出口を開放させ、前記ソースガス供給管を通じては前記第１キャリアガスを前記バイパス管にバイパスさせることを特徴とする、４方弁を有する半導体素子の製造装置。
【請求項４０】
前記排気管と前記バイパス管とが連結される地点と前記反応チャンバとの間の前記排気管にスロットル弁がさらに設けられ、前記各バイパス管は中間で互いに合流されたことを特徴とする請求項３９に記載の４方弁を有する半導体素子の製造装置。
【請求項４１】
前記各第１キャリアガス供給管の一端には、それぞれ第１キャリアガス供給源が設けられ、前記第１キャリアガス供給源と前記第１または第２の４方弁との間にそれぞれ第１断続弁が設けられ、前記第１または第２ソースガス供給管の一端は、前記第１または第２の４方弁と前記各第１断続弁との間の前記各第１キャリアガス供給管に連結され、前記第１または第２ソースガス供給管の他端には、第１または第２ソースガス供給源が設けられ、前記各第１キャリアガス供給源と前記各第１断続弁との間の前記各第１キャリアガス供給管から分岐され、前記第１または第２ソースガス供給源に連結されて、前記第１キャリガスを前記第１または第２ソースガス供給源に向って選択的に供給する各第１キャリアガス供給管がさらに設けられたことを特徴とする請求項３９に記載の４方弁を有する半導体素子の製造装置。
【請求項４２】
相異なる前記反応ガスが選択的に供給されるように前記反応ガス供給管に反応ガス供給源が複数個並列に設けられたことを特徴とする請求項３９に記載の４方弁を有する半導体素子の製造装置。
【請求項４３】
前記第１及び第２の４方弁は、４方ダイアフラム弁であることを特徴とする請求項３９に記載の４方弁を有する半導体素子の製造装置。
【請求項４４】
半導体素子を製造するために基板が処理される反応チャンバと、前記反応チャンバと連結されて前記反応チャンバにパージガスを供給するパージガス供給管と、
第１−１入口、第１−２入口、第１−１出口及び第１−２出口を備え、前記パージガス供給管とは前記第１−１入口及び第１−１出口でそれぞれ連結されるように前記パージガス供給管の中間に設けられる第１の４方弁と、
第２−１入口、第２−２入口、第２−１出口及び第２−２出口を備え、前記パージガス供給管とは前記第２−１入口及び第２−１出口でそれぞれ連結され、前記第１の４方弁と直列に前記パージガス供給管の中間に設置される第２の４方弁と、
前記第１−２入口及び第２−２入口に連結されて前記反応チャンバにソースガスを供給する第１及び第２ソースガス供給管と、
前記第１及び第２ソースガス供給管にそれぞれ連結される第１キャリアガス供給管と、
前記反応チャンバと連結されて前記反応チャンバに反応ガスを供給する反応ガス供給管と、
前記反応ガス供給管に連結される第２キャリアガス供給管と、前記反応チャンバ内のガスを排気するように前記反応チャンバに連結され、中間に排気用ポンプが設けられた排気管と、
前記第１−２出口及び第２−２出口と前記排気用ポンプより前の前記排気管との間に連結され、それぞれ中間に断続弁が設けられたバイパス管と、を備える４方弁を有する半導体素子の製造装置において、
前記基板を前記反応チャンバ内にローディングする段階と、
前記反応チャンバ内に前記第１及び第２ソースガスのうち、いずれか１つを選択的に供給して、前記基板上にソースガス物質層を吸着させる段階と、
前記反応チャンバ内に前記パージガスを供給して前記基板上に吸着されていない前記ソースガス物質層をパージする段階と、
前記反応チャンバ内に前記反応ガスを供給して、前記基板上に吸着された前記ソースガス物質層と反応させて前記基板上に第１反応物質層を形成させる段階と、
前記反応チャンバ内に前記パージガスを供給して未反応の前記反応ガスをパージする段階と、を含み、
前記反応チャンバ内に前記ソースガスを供給して前記基板上にソースガス物質層を吸着させる段階では、前記バイパス管に設けられた前記断続弁を閉鎖すると同時に、前記第１−２入口、第２−２入口、第１−１出口、及び、第２−１出口を開放させ、前記ソースガス供給管を通じては前記ソースガスを前記反応チャンバに供給し、
前記ソースガス物質層をパージする段階では、前記バイパス管に設けられた前記断続弁を開放すると同時に、前記第１−２入口、第２−２入口、第１−２出口、及び、第２−２出口を開放させ、前記ソースガス供給管を通じては前記第１キャリアガスを前記バイパス管にバイパスし、
前記反応チャンバ内に前記反応ガスを供給して前記第１反応物質層を形成させる段階では、前記バイパス管に設けられた前記断続弁を開放すると同時に、前記第１−２入口、第２−２入口、第１−２出口、及び、第２−２出口を開放させ、前記ソースガス供給管を通じては前記第１キャリアガスを前記バイパス管にバイパスさせることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項４５】
前記第１ソースガスは、第２ソースガスに比べて粘着性を有することを特徴とする請求項４４に記載の半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の製造装置に係り、より詳細には、反応チャンバに供給されるガスの弁システムを改善してパージ効率が向上した４方弁を有する半導体素子の製造装置、該半導体素子の製造装置の弁制御方法及び該半導体素子の製造装置を用いた半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子は、基板であるウェーハの上面に複数回の薄膜蒸着及びパターニングなどの工程を繰り返して行うことによって製造される。このような薄膜の蒸着及びパターニング工程は、通常、半導体プロセスモジュールで行われる。このような半導体プロセスモジュールは、半導体素子の製造過程におけるそれぞれ目的とする工程によって、多様な形態を有しているが、基本的に内部にウェーハが置かれて密閉された反応領域を規定する反応チャンバとこの反応チャンバに気体物質を貯蔵及び供給する弁システムとを備える。
【０００３】
気体物質の化学反応を通じてウェーハ上に薄膜を蒸着する方法として、化学気相蒸着法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）と原子層蒸着法（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ）が主に用いられる。スパッタリングを用いた物理的蒸着法と異なって、ＣＶＤやＡＬＤは、２つ以上の気体物質間の化学反応を用いるという点で類似している。しかし、CVDが、通常、ウェーハが存在する反応チャンバ内の反応領域内に多数の気体物質を同時に流入させ、これらの反応生成物をウェーハの上方から表面に蒸着させるのに対し、ALDは、反応チャンバの反応領域内に多数の気体物質を順次に流入させて気体物質間の化学反応をウェーハの表面のみに限定させるという点で異なる。
【０００４】
ALDは、気体物質の化学反応が被蒸着対象であるウェーハの表面のみに限定されるという点で薄膜蒸着速度が遅いという短所にも拘わらず、半導体素子の微細化と合わせて、さらに薄くなった薄膜の蒸着及び薄膜の厚さに対する精密な制御が可能であるという長所によって、高純度及び高均一度の薄膜を要するメモリ用のキャパシタ誘電膜、拡散防止膜、ゲート誘電膜などの核心技術として位置づけられている。
【０００５】
ALDの前記のような特性によって、気体物質の順次的な流入と同時に、気体物質の流入段階前後に反応チャンバ内部に残留する気体物質を除去するパージ（ｐｕｒｇｅ）工程が必ず要求される。
【０００６】
図１は、従来のALDが行われる原子層蒸着設備のガス弁システムを概略的に示す図面であり、図２は、図１でデッドボリューム（Ｄｅａｄ  Ｖｏｌｕｍｅ：ＤＶ）が発生する部分を拡大した図面であり、図３は、図２のＡＡ’線に沿って切った２方弁の閉鎖状態を示す図面であり、図４は、図２のＡＡ’線に沿って切った２方弁の開放状態を示す図面である。
【０００７】
図１ないし図４を参照して従来の原子層蒸着設備及びそれを用いたALDについて簡単に説明する。
【０００８】
図１を参照すれば、反応チャンバ１０内には、ソースガス供給源２２、反応ガス供給源２４、パージガス供給源２８、第１キャリアガス供給源２６、第２キャリアガス供給源３０が各々ソースガス供給管２２ａ、反応ガス供給管２４ａ、パージガス供給管２８ａ、第１キャリアガス供給管２６ａ、第２キャリアガス供給管３０ａを通じて連結されてソースガスＳ１、反応ガスＳ２、例えばアルゴンガスからなるキャリアガスＰ１、Ｐ３及びパージガスＰ２が供給される。
【０００９】
反応チャンバ１０内部の圧力を調節するために反応チャンバ１０の後方には、排気用ポンプ１２が設けられており、反応チャンバ１０内の圧力を一定に調節するために反応チャンバ１０とポンプ１２との間にスロットル弁１４が設けられている。
【００１０】
ソースガス供給ラインを説明すれば、第１キャリアガス供給源２６からの第１キャリアガス供給管２６ａに沿って中間にソースガス供給源２２が２個の第１及び第２の３方弁３２、３４を通じて並列に連結されており、これら２つの３方弁３２、３４間には、オン／オフ弁である第１の２方断続弁４２が設けられている。第２の３方弁３４の後方の第１キャリアガス供給管２６ａの中間で第３の３方弁３６から分岐されたバイパス管１６が設けられ、バイパス管１６の他端は排気管１３のスロットル弁１４とポンプ１２との間に連結される。第１キャリアガス供給管２６ａの末端は、パージガス供給管２８ａと第４の３方弁３８を通じて連結される。
【００１１】
パージガス供給ラインを説明すれば、パージガス供給源２８からパージガスがパージガス供給管２８ａを通じて反応チャンバ１０に供給されるように構成されており、中間に前述した第１キャリアガス供給管２６ａとの合流地点に第４の３方弁３８が設けられ、パージガス供給源２８と第４の３方弁３８との間に第２断続弁４４が設けられている。
【００１２】
反応ガス供給ラインを説明すれば、第２キャリアガス供給源３０から第２キャリアガスが第２キャリアガス供給管３０ａを通じて反応チャンバ１０に供給されるように構成されており、反応ガス供給源２４から反応ガスＳ２が反応ガス供給管２４ａを通じて前記第２キャリアガス供給管３０ａと合流した後、反応チャンバ１０に供給されるように構成されている。反応ガス供給管２４ａ及び第２キャリアガス供給管３０ａの合流地点と反応チャンバ１０との間には、第３断続弁４６が設けられ、前記合流地点と反応ガス供給源２４との間には、第４断続弁４８が設けられている。
【００１３】
一方、図２ないし図４を参照して、第３の３方弁３６及び第４の３方弁３８のオン／オフ（ｏｎ／ｏｆｆ）によるそれぞれの弁の入口及び出口の開放／閉鎖状態を説明する。図１において、第３の３方弁３６と第４の３方弁３８は、図２ないし図４で図示した第３の３方弁３６と第４の３方弁３８に対して供給される気体の流れ方向によって入口及び出口を単に機能的に図示したものである。
【００１４】
第３の３方弁３６及び第４の３方弁３８は、いずれもダイアフラム弁であり、第３の３方弁３６のオン／オフによる気体物質の流れを説明する。第１キャリアガス供給管２６ａとバイパス管１６の合流地点に設けられた第３の３方弁３６は、胴体３６ｃ内で弁を直線的に貫通する第１キャリアガス供給管２６ａの中間で第１垂直貫通孔３６ｈ１が垂直に貫通されており、バイパス管１６が延びた部分で第２垂直貫通孔３６ｈ２が垂直に貫通されている。第１垂直貫通孔３６ｈ１及び第２垂直貫通孔３６ｈ２が露出された胴体３６ｃの表面上に圧力により昇降可能なダイアフラム隔板３６ｅが一定の空間を有するようにハウジング３６ｄ内に設けられる。
【００１５】
図３のように第３の３方弁３６がオフ、すなわち、ダイアフラム隔板３６ｅを下げて胴体３６ｃの表面に密着させて第１垂直貫通孔３６ｈ１及び第２垂直貫通孔３６ｈ２の上部を閉鎖すれば、第１キャリアガス供給管２６ａは開放され、第１キャリアガスまたはソースガスが第４の３方弁３８に向かって通過するが、バイパス管１６への気体の流れは遮断される。
【００１６】
図４のように第３の３方弁３６がオン、すなわち、ダイアフラム隔板３７を上げて胴体３６ｃの上部表面から離隔させて第１垂直貫通孔３６ｈ１及び第２垂直貫通孔３６ｈ２の上部を開放すれば、第１キャリアガス供給管２６ａが開放されて、第１キャリアガスまたはソースガスは、第４の３方弁３８に向かって通過すると同時に、第１垂直貫通孔３６ｈ１から流れ出た気体物質は胴体３６ｃの上部表面とダイアフラム３６ｅとの間の空間を経て第２垂直貫通孔３６ｈ２を下ってバイパス管１６にも気体の流れが発生する。
【００１７】
一方、図１も共に参照すれば、第３の３方弁３６のオン／オフに関係なく、第３の３方弁３６の出口３６ｂは開放されているために、第４の３方弁３８の第２入口３８ｂの開閉如何によって第１キャリアガスまたはソースガスが第３の３方弁３６を通過して第４の３方弁３８を経て反応チャンバ１０に供給されるか否かが決定される。したがって、図１で第４の３方弁３８の第２入口３８ｂが閉鎖されれば、第１キャリアガスまたはソースガスは、第３の３方弁３６の第２出口３６ｂが開放されたとしても、流れなくなり、バイパス管１６に流れる。
【００１８】
一方、ソースガスＳ１と反応ガスＳ２とを用いて基板表面にALDにより反応物Ｓ１＋Ｓ２の薄膜を蒸着する工程を説明する。
【００１９】
まず、ソースガスパルス段階として、被蒸着対象物であるウェーハ（図示せず）がローディングされた反応チャンバ１０内にソースガスを供給して、基板の表面にソースガス物質を吸着させる。この際、各弁の開閉関係を説明すれば、第１断続弁４２をオフにして閉鎖し、第１の３方弁３２の第１出口３２ａを開放させ、第２の３方弁３４の第１入口３４ａ及び出口３４ｂを開放させ、バイパス管１６に向かう第３の３方弁３６の第１出口３６ａを閉鎖させると同時に、第２出口３６ｂを開放させ、第４の３方弁３８の第１入口３８ｂ及び出口３８ａを開放させる。したがって、ソースガスＳ１が第１キャリアガスＰ１と共に反応チャンバ１０内に供給される。一方、ソースガスのパルス段階では、パージガスＰ２が継続的に反応チャンバ１０内に供給され、第４断続弁４８が閉鎖された状態で、第３キャリアガスＰ３が共に反応チャンバ１０内に供給される。一般的に、３方弁では分岐される所の一流路が閉鎖されれば、他の流路は常に開放されるように構成される。
【００２０】
次いで、ソースガスパージ段階として、基板表面に吸着されたソースガス物質を除外した反応チャンバ１０内の未吸着のソースガス残留物質を除去する。この際、各弁の開閉関係を説明すれば、第１断続弁４２を開放し、第１の３方弁３２の第１出口３２ａを閉鎖（この時、３方弁の特性によって同時に第２出口３２ｂは開放される）させ、第２の３方弁３４の第１入口３４ａを閉鎖（同時に第２出口３４ｂを開放する）させ、バイパス管１６に向かう第３の３方弁３６の第１出口３６ａを開放（同時に第２出口３６ｂは開放される）させ、第４の３方弁３８の第１入口３８ｂを閉鎖（同時に出口３８ａを開放する）させる。したがって、供給管内に残留するソースガスが第１キャリアガスＰ１と共にバイパス管１６を通じてバイパスされ、反応チャンバ１０内の未蒸着の残留ソースガスはパージガスＰ２が継続的に反応チャンバ１０内に供給されることによって、パージされる。この際、第４断続弁４８が閉鎖された状態で第３キャリアガスＰ３が共に反応チャンバ１０内に供給される。
【００２１】
次いで、反応ガスパルス段階として、ウェーハ基板の表面上にソースガスが蒸着された状態で、反応チャンバ１０内に反応ガスＳ２を供給して、あらかじめ蒸着されたソースガスと反応ガスの一部を反応させて反応物を基板の表面上に形成させる。この際、各弁の開閉関係を説明すれば、第１キャリアガスＰ１及びパージガスＰ２供給ラインは、前述したソースガスパージ段階と同一であり、単に反応ガス供給ラインに設けられた第４断続弁４８が開放されつつ、反応ガスＳ２が第２キャリアガスＰ３と共に反応チャンバ１０内に供給される。一方、反応ガスのパルス段階でもパージガスＰ２が継続的に反応チャンバ１０内に供給される。
【００２２】
次いで、反応ガスパージ段階として、基板表面で吸着されたソースガス＋反応ガスの反応物を除いた反応チャンバ１０内の未反応の反応ガス残留物質を除去する。この際、各弁の開閉関係を説明すれば、第１キャリアガスＰ１及びパージガスＰ２の供給ラインは、前述したソースガスパージ段階と同一であり、反応ガス供給ラインでも第４断続弁４８が閉鎖されつつ、第２キャリアガスＰ３だけが反応チャンバ１０内に供給される。
【００２３】
前述したようにソースガスパルス段階−ソースガスパージ段階−反応ガスパルス段階−反応ガスパージ段階を１周期進行させれば、基板の表面上にソースガス−反応ガスの反応物が非常に薄く蒸着され、このような周期を数〜数１０００回繰り返して行うことによって、基板表面に所望の薄膜層を蒸着させうる。
【００２４】
しかし、前記のような従来の原子層蒸着設備では弁と弁との間でパージがなされず、ソースガス物質が滞るデッドボリューム（Ｄｅａｄ  Ｖｏｌｕｍｅ：ＤＶ）が発生するという問題点がある。図２において、第３の３方弁３６と第４の３方弁３８との間の斜線部分がＤＶ部分となる。すなわち、ソースガスパルス段階で第３の３方弁３６を通過して第４の３方弁３８を経て反応チャンバ１０に供給されたソースガスが、ソースガスパルス段階が終わり、ソースガスパージ段階になれば、前述したように第４の３方弁３８の第２入口３８ｂが閉鎖されると同時に、第３の３方弁３６の第１出口３６ａが開放され、ソースガスの供給が中断されつつ、第１キャリアガスがバイパス管１６を通じてバイパスされ、この際、第３の３方弁３６と第４の３方弁３８との間のＤＶ部分の第１キャリアガス供給管２６ａには、ソースガスがそのまま残留し、このような残留したソースガスは後続する反応ガスパルス段階及び反応ガスパージ段階でも残留し続け、１周期の原子層蒸着が完了した後、再びソースガスパルス段階で第４の３方弁３８の第２出口３８ｂが開放されつつ、ＤＶ部分に残留したソースガスが反応チャンバ１０に投入される。
【００２５】
このようにＤＶ内に残留していたソースガスなどの気体物質が長時間溜まっていれば、劣化が起こり、追加的にこれらを除去するダミー工程が要求されるという問題点がある。特に、前記原子層の蒸着設備を用いて異種の物質からなる多層の誘電膜や複合膜を形成する時は、ＤＶ部分で相異なるソースガス物質が相互反応して、不要パーチクルが発生し、これらが蒸着しようとする薄膜の膜質に欠陥を与えるか、均一度を悪化させる要因となる。
【００２６】
このようなＤＶ部分に残留するソースガス物質は、拡散により徐々に抜け出ることもあるが、数分以上経過しても、完全にソースガス物質が除去されず、ALDのサイクルが数秒レベルであるということを勘案すれば、ＤＶ部分に残留するソースガスをパージして除去しなければ、異種のソースを使用する原子層蒸着工程を行うことが非常に難しい。
【００２７】
ALD装置に使用されるダイアフラム弁については、特許文献１などに開示されている。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０２６１８０５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
本発明が解決しようとする技術的課題は、半導体素子の製造装置のガス弁システムにおいて、デッドボリューム（ＤＶ）の発生を防止することによって、パージ効率を向上させうる半導体素子の製造装置を提供するところにある。
【００２９】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、半導体素子の製造装置のガス弁システムでのＤＶの発生を防止することによって、パージ効率を向上させうる半導体素子の製造装置の弁制御方法を提供するところにある。
【００３０】
本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、半導体素子の製造装置のガス弁システムでのＤＶの発生を防止することによって、パージ効率を向上させうる半導体素子の製造方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
前記技術的課題を達成するための本発明の第１形態による４方弁を有する半導体素子の製造装置は、半導体素子を製造するために基板が処理される反応チャンバと、前記反応チャンバ内に第１工程ガスを供給する第１工程ガス供給管と、第１入口、第２入口、第１出口及び第２出口を備え、前記第１工程ガス供給管とは前記第１入口及び第１出口でそれぞれ連結されるように前記第１工程ガス供給管の中間に設けられる４方弁と、前記４方弁の第２入口に連結され、第２工程ガスを供給する第２工程ガス供給管と、前記４方弁の第２出口に連結されたバイパス管と、前記バイパス管に設けられた断続弁と、を備える。
【００３２】
前記技術的課題を達成するための本発明の第２形態による４方弁を有する半導体素子の製造装置は、半導体素子を製造するために基板が処理される反応チャンバと、前記反応チャンバと連結されて前記反応チャンバにパージガスを供給するパージガス供給管と、前記パージガス供給管の中間に設けられ、前記パージガス供給管と連通されるように連結される第１入口及び第１出口と、第２入口及び第２出口を有する４方弁と、前記４方弁の第２入口に連結されて、前記反応チャンバにソースガスを供給するソースガス供給管と、前記ソースガス供給管に連結される第１キャリアガス供給管と、前記反応チャンバと連結されて前記反応チャンバに反応ガスを供給する反応ガス供給管と、前記反応ガス供給管に連結される第２キャリアガス供給管と、前記反応チャンバ内のガスを排気するように前記反応チャンバに連結され、中間に排気用ポンプが設けられた排気管と、前記４方弁の第２出口と前記排気用ポンプより前の前記排気管との間に連結され、中間に断続弁が設けられたバイパス管と、を備える。
【００３３】
前記本発明の他の技術的課題を達成するための本発明の第３形態による４方弁を有する半導体素子の製造装置の弁制御方法は、前述した本発明の第１形態による半導体素子の製造装置で前記第２工程ガスを前記反応チャンバに供給する間に前記バイパス管に設けられた前記断続弁を閉鎖すると同時に、前記４方弁を開放させる段階と、前記反応チャンバへの前記第２工程ガスの供給を中断する間に前記断続弁を開放すると同時に、前記４方弁を閉鎖させる段階と、を含む。
【００３４】
前記本発明の他の技術的課題を達成するための本発明の第４形態による４方弁を有する半導体素子の製造装置の弁制御方法は、前述した本発明の第２形態による半導体素子の製造装置において、前記ソースガスを前記反応チャンバに供給する間に前記バイパス管に設けられた前記断続弁を閉鎖すると同時に、前記４方弁を開放させる段階と、前記反応チャンバへの前記ソースガスの供給を中断する間に前記断続弁を開放すると同時に、前記４方弁を閉鎖させる段階と、を含む。
【００３５】
前記本発明のさらに他の技術的課題を達成するための本発明の第５形態による４方弁を有する半導体素子の製造装置を用いた半導体素子の製造方法は、前述した本発明の第２形態による半導体素子の製造装置において、前記基板を前記反応チャンバ内にローディングする段階と、前記反応チャンバ内に前記ソースガスを供給して、前記基板上にソースガス物質層を蒸着する段階と、前記反応チャンバ内に前記パージガスを供給して、前記基板上に蒸着されていない前記ソースガス物質層をパージする段階と、前記反応チャンバ内に前記反応ガスを供給して前記基板上に蒸着された前記ソースガス物質層と反応させて前記基板上に第１反応物質層を形成させる段階と、前記反応チャンバ内に前記パージガスを供給して未反応の前記反応ガスをパージする段階と、を含む。
【００３６】
前記本発明の技術的課題を達成するための本発明の第６形態による４方弁を有する半導体素子の製造装置は、半導体素子を製造するために基板が処理される反応チャンバと、前記反応チャンバと連結されて前記反応チャンバにパージガスを供給するパージガス供給管と、第１入口、第２入口、第１出口及び第２出口を含み、前記パージガス供給管とは前記第１入口及び第１出口でそれぞれ連結されるように前記パージガス供給管の中間に設けられる第１の４方弁と、第１入口、第２入口、第１出口及び第２出口を備え、前記パージガス供給管とは前記第１入口及び第１出口でそれぞれ連結され、前記第１の４方弁と直列に前記パージガス供給管の中間に設けられる第２の４方弁と、前記第１及び第２の４方弁の各第２入口に連結されて前記反応チャンバにソースガスを供給する第１及び第２ソースガス供給管と、前記第１及び第２ソースガス供給管にそれぞれ連結される第１キャリアガス供給管と、前記反応チャンバと連結されて前記反応チャンバに反応ガスを供給する反応ガス供給管と、前記反応ガス供給管に連結される第２キャリアガス供給管と、前記反応チャンバ内のガスを排気するように前記反応チャンバに連結され、中間に排気用ポンプが設けられた排気管と、前記第１及び第２の４方弁の第２出口と前記排気用ポンプより前の前記排気管との間に連結され、それぞれ中間に断続弁が設けられたバイパス管と、を備える。
【００３７】
前記本発明のさらに他の技術的課題を達成するための本発明の第７形態による４方弁を有する半導体素子の製造装置を用いた半導体素子の製造方法は、前述した本発明の第６形態による半導体素子の製造装置において、前記基板を前記反応チャンバ内にローディングする段階と、前記反応チャンバ内に前記第１及び第２ソースガス中の１つを選択的に供給して、前記基板上にソースガス物質層を吸着させる段階と、前記反応チャンバ内に前記パージガスを供給して、前記基板上に吸着されていない前記ソースガス物質層をパージする段階と、前記反応チャンバ内に前記反応ガスを供給して前記基板上に吸着された前記ソースガス物質層と反応させて前記基板上に第１反応物質層を形成させる段階と、前記反応チャンバ内に前記パージガスを供給して、未反応の前記反応ガスをパージする段階と、を含む。
【００３８】
本発明によれば、パージガス供給管とソースガス供給管との合流地点に４方弁を構成し、前記４方弁の出口の１つをバイパス管で構成することによって、ソースガスが溜まっているＤＶの発生を防止し、たとえＤＶが発生したとしても、ＤＶ部分に溜まった気体物質を反応チャンバに供給せず、バイパスさせることによって、パージ効率を向上させ、高信頼性の半導体素子を製造しうる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、ソースガス供給ラインで供給管内に残留するソースガスを反応チャンバではなく、バイパス管にバイパスするために、ＤＶが発生せず、従来の技術でＤＶを追加的にパージせねばならないという負担を低減しうる。したがって、さらに信頼性ある半導体素子の製造工程を行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明は、ここで説明される実施形態に限定されず、他の形で具体化されうる。むしろ、ここで紹介される実施形態は、開示された内容が徹底し、かつ完全になるように、そして、当業者に本発明の思想を十分に伝えるために提供されるものである。図面において、層及び領域の厚さは、明確性を期するために誇張されている。明細書全体に亘って同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
【００４１】
本発明は、基本的に反応チャンバ内に気体物質を供給し、この供給された気体物質を用いて反応チャンバ内で半導体素子の製造工程が行われるあらゆる設備に対して適用しうる。したがって原子層蒸着または化学気相蒸着設備のような半導体素子製造用の蒸着設備またはエッチング設備に広く適用でき、その中でも、以下の実施形態はALDと関連して主に説明される。
【００４２】
図５は、本発明の第１実施形態による半導体素子の製造装置を概略的に示す図面であり、図６は、図５の主要部を拡大した図面であり、図７は、図６のＣＣ’線に沿って切った２方弁の閉鎖状態を示す図面であり、図８は、図６のＤＤ’線に沿って切った４方弁の閉鎖状態を示す図面である。
【００４３】
図５ないし図８を参照して本発明の第１実施形態による半導体素子の製造装置、弁制御方法及びそれを用いた半導体素子の製造方法について詳細に説明する。
【００４４】
図５を参照すれば、反応チャンバ１１０内には、ソースガス供給源１２２、反応ガス供給源１２４、パージガス供給源１２８、第１キャリアガス供給源１２６、第２キャリアガス供給源１３０が各々ソースガス供給管１２２ａ、反応ガス供給管１２４ａ、パージガス供給管１２８ａ、第１キャリアガス供給管１２６ａ、第２キャリアガス供給管１３０ａを通じて連結され、ソースガス、反応ガス、パージガス及びキャリアガスが供給される。本実施形態では、ALDを適用できる物質、特にＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２のような酸化物、ＳｉＮ、ＴｉＮ、ＴａＮのような窒化物などを蒸着するためのソースガス及び反応ガスを適切に選択して使用しうる。例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を蒸着するためには、ソースガスとしてＴＭＡ（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌａｌｕｍｉｎｕｍ）が用いられ、反応ガスとしてＨ２Ｏが使われうる。反応ガスとして、蒸着される物質によって水素プラズマを使用し、酸素の原料として、Ｈ２Ｏを使用する代わりに、酸素プラズマを使用する。パージガスまたは第１及び第２キャリアガスとして、アルゴンガスを使用したが、多様なパージまたはキャリアガスが使われうる。
【００４５】
図面及び後続する説明で、たとえソースガス供給管１２２ａ、反応ガス供給管１２４ａ、パージガス供給管１２８ａ、第１キャリアガス供給管１２６ａ、第２キャリアガス供給管１３０ａで表現し、説明しているとしても、基本的にソースガス供給管１２２ａはソース供給源１２２から反応チャンバ１１０までの区間、反応ガス供給管１２４ａは反応ガス供給源１２４から反応チャンバ１１０までの区間、パージガス供給管１２８ａはパージガス供給源１２８から反応チャンバ１１０までの区間、第１キャリアガス供給管１２６ａは第１キャリアガス供給源１２６から反応チャンバ１１０までの区間、第２キャリアガス供給管１３０ａは第２キャリアガス供給源１３０から反応チャンバ１１０までの区間をそれぞれ表現しようとする意図であるが、１つの供給管を通じて２種以上の気体物質が供給されうる区間があるために、このような部分では混用しうるということを前提として説明する。
【００４６】
また、反応チャンバ１１０については具体的に図示していないが、半導体素子を製造するための基板であるウェーハがローディングされて載置されるように構成されており、枚葉型またはバッチ型（ｂａｔｃｈ  ｔｙｐｅ）反応チャンバであり得、チャンバ内でプラズマを誘導しうる装置が結合されうる。反応チャンバ１１０内部の圧力を調節するために反応チャンバ１１０の後方には、排気用ポンプ１１２が設けられており、反応チャンバ１１０内の圧力を一定に調節するために、反応チャンバ１１０とポンプ１１２との間にスロットル弁１１４が設けられている。
【００４７】
ソースガス供給ラインに沿って説明すれば、第１キャリアガス供給源１２６からの第１キャリアガス供給管１２６ａに沿って中間にソースガス供給源１２２が２個の第１及び第２の３方弁１３２、１３４を通じて並列に連結されており、これら２個の３方弁１３２、１３４の間には、オン／オフ弁の第１断続弁１４２が設けられている。第２の３方弁１３４の後方のソースガス供給管１２２ｃは、パージガス供給管１２８ａと４方弁１５０の第１及び第２入口１５２ｃ、１５０ｄを通じて連結される。図５において、４方弁１５０は、機能的に示されており、気体物質が流れる第１入口１５２ｃ及び第２入口１５２ｄと気体物質が流れうる第１出口１５０ａ及び第２出口１５０ｂで構成される、４方弁１５０の第２出口１５０ｂは、反応チャンバ１１０に連結され、第１出口１５０ａはバイパス管１１６に連結される。バイパス管１１６の他端は、排気管１１３のスロットル弁１１４と排気用ポンプ１１２との間に連結され、バイパス管１１６の中間に第５断続弁１５２が設けられる。第１断続弁１４２のオン／オフによって、第１キャリアガスまたはソースガスが４方弁１５０を経て反応チャンバ１１０に供給されるか、バイパス管１１６に供給される。
【００４８】
パージガス供給ラインに沿って説明すれば、パージガス供給源１２８からパージガスがパージガス供給管１２８ａを通じて反応チャンバ１１０に供給されるように構成されており、中間に前述した第１キャリアガス供給管１２６ａと合流される地点に４方弁１５０が設けられ、パージガス供給源１２８と４方弁１５０との間に第２断続弁１４４が設けられている。
【００４９】
反応ガス供給ラインを説明すれば、第２キャリアガス供給源１３０から第２キャリアガスが第２キャリアガス供給管１３０ａを通じて反応チャンバ１１０に供給されるように構成されており、反応ガス供給源１２４から反応ガスが反応ガス供給管１２４ａを通じて前記第２キャリアガス供給管１３０ａと合流した後、反応チャンバ１１０に供給されるように構成されている。反応ガス供給管１２４ａと第２キャリアガス供給管１３０ａとの合流地点と、反応チャンバ１１０との間には、第３断続弁１４６が設けられ、前記合流地点と反応ガス供給源１２４との間には、第４断続弁１４８が設けられている。
【００５０】
一方、図５ないし図８を参照して４方弁１５０及び第５断続弁１５２の構造とオン／オフ（ｏｎ／ｏｆｆ）による弁の各入口及び出口の開放／閉鎖状態を説明する。図５において、３方弁１３２、１３４と４方弁１５０は、供給される気体物質の流れ方向によって入口及び出口を単に機能的に示したものであって、図６ないし図８において、各弁について具体的に図示した。
【００５１】
本実施形態において、４方弁１５０及び第５断続弁１５２は、いずれもダイアフラム弁を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。４方弁１５０及び第５断続弁１５２のオン／オフによる気体物質の流れを説明する。
【００５２】
バイパス管１１６の中間に設けられた第５断続弁１５２は、図７に示されたように、弁胴体１５２ａ内でバイパス管１１６が直線的に貫通せず、第５断続弁１５２の前方及び後方でそれぞれバイパス管１１６に連結された２個の第１及び第２垂直貫通孔１５２ｈ１、１５２ｈ２が弁胴体１５２ａの上面まで延設されている。第１垂直貫通孔１５２ｈ１及び第２垂直貫通孔１５２ｈ２が露出された胴体１５２ａの表面上に圧力により昇降可能なダイアフラム隔板１５２ｃがハウジング１５２ｂ内で一定の空間を有するように設けられる。
【００５３】
図７に示されたように、第５断続弁１５２がオフ、すなわち、ダイアフラム隔板１５２ｃを下げて胴体１５２ａの表面上に密着させて、第１垂直貫通孔１５２ｈ１及び第２垂直貫通孔１５２ｈ２の上部を閉鎖すれば、バイパス管１１６を介した気体物質の流れは遮断され、第５断続弁１５２がオン、すなわち、ダイアフラム隔板１５２ｃを上げて胴体１５２ａの上面から離隔させて、第１垂直貫通孔１５２ｈ１及び第２垂直貫通孔１５２ｈ２の上部を開放すれば、バイパス管１１６を介した気体物質の流れが可能となる。すなわち、４方弁１５０の第１出口１５０ａを経てバイパス管１１６に流れる気体物質は、第２垂直貫通孔１５２ｈ２から流れ出て、胴体１５２ａの上面とダイアフラム隔板１５２ｃとの間の空間を経て第１垂直貫通孔１５２ｈ１を通じてバイパス管１１６に排出される。
【００５４】
一方、４方弁１５０は、図５、図６及び図８に示されたように、４方弁１５０の第２入口１５０ｄと第２出口１５０ｂとを貫通する第１水平貫通孔１２８ｂが形成され、前記第１水平貫通孔１２８ｂの中間で胴体１５０ｅの上面まで延設された第１垂直貫通孔１５０ｈ１が形成され、反応ガス供給管１２２ｃと連結される４方弁１５０の第１入口１５０ｃと連通される第３垂直貫通孔１５０ｈ３が形成され、バイパス管１１６と連結される４方弁１５０の第１出口１５０ａと連通される第２垂直貫通孔１５０ｈ２が形成され、第２垂直貫通孔１５０ｈ２と第３垂直貫通孔１５０ｈ３との間をその上側部で連通させる第２水平貫通孔１５１が形成されている。４方弁１５０の胴体１５０ｅの上側には、ハウジング１５０ｆが一定の空間を有して形成されており、前記空間内に昇降可能なダイアフラム隔板１５０ｇが設けられている。
【００５５】
図８に示されたように、４方弁１５０がオフ、すなわち、ダイアフラム隔板１５０ｇを下げて胴体１５０ｅの表面上に密着させ、第１垂直貫通孔１５０ｈ１、第２垂直貫通孔１５０ｈ２、第３垂直貫通孔１５０ｈ３の上部部分を閉鎖すれば、パージガスは、第１水平貫通孔１２８ｂを通じて反応チャンバ１１０に供給され、ソースガス供給管１２２ｃを通じて流れるソースガスまたは第１キャリアガスは、第３垂直貫通孔１５０ｈ３−第２水平貫通孔１５１−第２垂直貫通孔１５０ｈ２を通じてバイパス管１１６に流れる。４方弁１５０がオン、すなわち、ダイアフラム隔板１５０ｇを上げて胴体１５０ｅの上面から離隔させて第１垂直貫通孔１５０ｈ１、第２垂直貫通孔１５０ｈ２、第３垂直貫通孔１５０ｈ３の上部を開放すれば、パージガスは、第１水平貫通孔１２８ｂを通じて反応チャンバ１１０に流れ、ソースガス供給管１２２ｃを通じて流れるソースガスまたは第１キャリアガスは、第３垂直貫通孔１５０ｈ３−第２水平貫通孔１５１及び胴体１５０ａの表面と隔板１５０ｃとの間の空間−第２垂直貫通孔１５０ｈ２を通じてバイパス管１１６に流れるか、第３垂直貫通孔１５０ｈ３−胴体１５０ｅの表面と隔板１５０ｇとの間の空間−第１垂直貫通孔１５０ｈ１を通じて反応チャンバ１１０に流れうる。この際、第５断続弁１５２がオフされた場合には、第１キャリアガスまたは反応ガスは、第３垂直貫通孔１５０ｈ３−胴体１５０ｅの表面と隔板１５０ｇとの間の空間−第１垂直貫通孔１５０ｈ１を通じて反応チャンバ１１０のみに流れる。
【００５６】
ソースガス及び第１キャリアガスの選択と反応ガス及び第２キャリアガスの選択とについては、以下の原子層薄膜蒸着工程についての説明で後述する。
【００５７】
ソースガスと反応ガスとを用いて基板表面にALDにより反応物の薄膜を蒸着する工程を具体的に説明する。原子層蒸着工程は、ソースガスパルス段階−ソースガスパージ段階−反応ガスパルス段階−反応ガスパージ段階を１サイクルとして所望の厚さの薄膜層が形成されるまで繰り返して行う。
【００５８】
まず、ソースガスパルス段階として、被蒸着対象物のウェーハ（図示せず）がローディングされた反応チャンバ１１０内にソースガスを供給して、基板の表面にソースガス物質を吸着させる。この際、各弁の開閉関係を説明すれば、第１断続弁１４２をオフさせて閉鎖し、第１の３方弁１３２の第１出口１３２ａを開放させ、第２の３方弁１３４の第１入口１３４ａ及び出口１３４ｂを開放させ、第１キャリアガスとソースガスとを同時に供給させて、バイパス管１１６の中間に設けられた第５断続弁１５２をオフさせると同時に、４方弁１５０をオンさせてバイパス管１１６への流れを遮断させ、反応チャンバ１１０に誘導させる。したがって、ソースガスが第１キャリアガスと共に反応チャンバ１１０内に供給される。一方、ソースガスのパルス段階では、パージガスが継続的に反応チャンバ１１０内に供給され、第４断続弁１４８を閉鎖させ、第３断続弁１４６をオンにし、第３キャリアガスも反応チャンバ１１０内に供給させうる。
【００５９】
次いで、ソースガスパージ段階として、基板表面に吸着されたソースガス物質を除外した反応チャンバ１１０内の未吸着されたソースガス残留物質を除去する。この際、各弁の開閉関係を説明すれば、第１断続弁１４２をオンにして開放し、第１の３方弁１３２の第１出口１３２ａを閉鎖させると同時に、第２出口１３２ｂを開放させ、第２の３方弁１３４の第１入口１３４ａを閉鎖すると同時に、出口１３４ｂを開放させて反応ガスの供給を遮断し、第１キャリアガスが流れるようにし、バイパス管１１６に設けられた第５断続弁１５２をオンにすると同時に、４方弁１５０をオフにして、第１キャリアガスをバイパス管１１６を通じて排気させる。したがって、第２の３方弁１３４と４方弁１５０との間及び４方弁１５０と第５断続弁１５２との間に残留していたソースガスが反応チャンバ１１０に流れずに、第１キャリアガスと共にバイパス管１１６を通じてバイパスされ、反応チャンバ１１０内の未蒸着の残留ソースガスはパージガスが継続的に反応チャンバ１１０内に供給されることによってパージされる。この際、第４断続弁１４８が閉鎖された状態で、第３キャリアガスも反応チャンバ１１０内に継続的に供給されうる。
【００６０】
次いで、反応ガスパルス段階として、ウェーハ基板の表面上にソースガスが蒸着された状態で反応チャンバ１１０内に反応ガスを供給して、あらかじめ蒸着されたソースガス及び反応ガスの一部を反応させ、反応物を基板の表面上に形成させる。この際、各弁の開閉関係を説明すれば、前述したソースガスパージ段階と類似して第１キャリアガスは、バイパス管１１６を通じてバイパスされ、パージガスは、継続的に反応チャンバ１１０に供給され、単に反応ガス供給ラインに設けられた第４断続弁１４８と第３断続弁１４６とが開放されつつ、反応ガスが第２キャリアガスと共に反応チャンバ１１０内に供給される。
【００６１】
次いで、反応ガスパージ段階として、基板表面で吸着されたソースガス＋反応ガスの反応物を除いた反応チャンバ１１０内の未反応の反応ガス残留物質を除去する。この際、各弁の開閉関係を説明すれば、前述したソースガスパージ段階と類似して第１キャリアガスは、バイパス管１１６を通じてバイパスされ、パージガスは、継続的に反応チャンバ１１０に供給され、単に反応ガス供給ラインで第４断続弁１４８が閉鎖され、反応ガスの供給が遮断されつつ、第２キャリアガスだけが反応チャンバ１１０内に供給される。
【００６２】
前述したようにソースガスパルス段階−ソースガスパージ段階−反応ガスパルス段階−反応ガスパージ段階が１周期進行すれば、基板の表面上にソースガス−反応ガスの反応物が非常に薄く蒸着され、このような周期を数ないし数１０００回繰り返して行うことによって、基板表面に所望の薄膜層を蒸着させうる。本実施形態は、単一のソースガスを使用して基板上に単一膜をALDで蒸着することに関するものである。例えば、ソースガスを“Ａ”で、反応ガスを“Ｂ”で、ソースガスと反応ガスとの反応物を“ＡＢ”で表する場合、本実施形態によって基板上に蒸着される膜は、“ＡＢ／ＡＢ／ＡＢ／ＡＢ…ＡＢ／ＡＢ”で表しうる。
【００６３】
図９は、本発明の第２実施形態による半導体素子の製造装置を概略的に示す図面であり、図１０は、図９の主要部を拡大した図面であり、図１１は、図９のＥＥ’線に沿って切った４方弁の閉鎖状態を示す図面である。第１実施形態と比較すると、４方弁１５４とパージガス供給ライン及びソースガス供給ラインの配置だけが異なり、他の部分は第１実施形態と同一であり、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００６４】
図９ないし図１１を参照すれば、基本的にソースガス供給ラインとパージガス供給ライン及び反応ガス供給ラインは、第１実施形態と類似しているが、４方弁１５４の構造とその連結関係とが異なるということが分かる。すなわち、第１実施形態では、４方弁１５０でパージガス供給管１２８ａと連結される第１水平貫通孔１２８ｂが直線的に貫通する形であるが、本実施形態では、パージガス供給管１２８ａと連結される４方弁１５４の第２入口１５４ｄと連通される第２水平貫通孔１５４ｆが弁内で直角に貫通する形態を有する。第２水平貫通孔１５４ｆの中間には、弁胴体１５４ｇの上面まで延びた第２垂直貫通孔１５４ｈ２が形成されている。一方、ソースガス供給管１２２ｃと連結される４方弁１５４の第１入口１５４ｃと連通される第１水平貫通孔１５４ｅも弁内で直角に貫通される形態を有し、第１水平貫通孔１５４ｅの中間には弁胴体１５４ｇの上面まで延びた第１垂直貫通孔１５４ｈ１が形成されている。
【００６５】
図１１に示されたように、４方弁１５４がオフ、すなわち、ダイアフラム隔板１５４ｉを下げて胴体１５０ｇの表面上に密着させ、第１垂直貫通孔１５４ｈ１及び第２垂直貫通孔１５０ｈ２の上部を閉鎖すれば、パージガスは第２水平貫通孔１５４ｆを通じて反応チャンバ１１０に供給され、ソースガス供給管１２２ｃを通じて流れるソースガスまたは第１キャリアガスは、第１水平貫通孔１５４ｅを通じてバイパス管１１６に流れる。４方弁１５４がオン、すなわち、ダイアフラム隔板１５４ｉを上げて胴体１５４ｇの上面から離隔させ、第１垂直貫通孔１５４ｈ１及び第２垂直貫通孔１５０ｈ２の上部を開放すれば、パージガスは、第２水平貫通孔１５４ｆを通じて反応チャンバ１１０に流れるか、第２水平貫通孔１５４ｆ−第２垂直貫通孔１５４ｈ２−胴体１５４ｇの上面と隔板１５４ｉとの間の空間−第１垂直貫通孔１５４ｈ１を経てバイパス管１１６に流れ、第５断続弁１５２がオフになれば、パージガスは、反応チャンバ１１０のみに流れる。一方、ソースガス供給管１２２ｃを通じて流れるソースガスまたは第１キャリアガスは、第１垂直貫通孔１５４ｈ１−胴体１５４ｇの表面と隔板１５４ｉとの間の空間−第２垂直貫通孔１５４ｈ２を通じて反応チャンバ１１０に流れるか、第１水平貫通孔１５４ｅを通じてバイパス管１１６に流れうる。この際、第５断続弁１５２がオフになった場合には、第１キャリアガスまたはソースガスは、第１垂直貫通孔１５４ｈ１−胴体１５４ｇの表面と隔板１５４ｉとの間の空間−第２垂直貫通孔１５４ｈ２を通じて反応チャンバ１１０のみに流れる。
【００６６】
ソースガスと反応ガスとを用いて、基板表面にALDにより反応物の薄膜を蒸着する工程の各段階で各弁の開閉関係を具体的に説明する。
【００６７】
まず、ソースガスパルス段階では、第１断続弁１４２をオフにして閉鎖し、第１の３方弁１３２の第１出口１３２ａを開放させ、第２の３方弁１３４の第１入口１３４ａ及び出口１３４ｂを開放させて、第１キャリアガスとソースガスとを同時に供給させ、バイパス管１１６の中間に設けられた第５断続弁１５２をオフにして閉鎖させると同時に、４方弁１５４をオンにして、バイパス管１１６への流れを遮断させ、反応チャンバ１１０に誘導させる。したがって、ソースガスが第１キャリアガスと共に反応チャンバ１１０内に供給される。一方、ソースガスのパルス段階では、パージガスが継続的に反応チャンバ１１０内に供給され、第４断続弁１４８を閉鎖させて第３断続弁１４６をオンにして、第３キャリアガスも反応チャンバ１１０内に供給させる。
【００６８】
次いで、ソースガスパージ段階では、第１断続弁１４２をオンにして開放し、第１の３方弁１３２の第１出口１３２ａを閉鎖させると同時に、第２出口１３２ｂを開放させ、第２の３方弁１３４の第１入口１３４ａを閉鎖すると同時に、出口１３４ｂを開放させて反応ガスの供給を遮断し、第１キャリアガスが流れるようにし、バイパス管１１６に設けられた第５断続弁１５２をオンにする同時に、４方弁１５４をオフにして第１キャリアガスをバイパス管１１６を通じて排気させる。したがって、第２の３方弁１３４と４方弁１５４との間、及び４方弁１５４と第５断続弁１５２との間に残留していたソースガスが反応チャンバ１１０に流れずに、第１キャリアガスと共にバイパス管１１６を通じてバイパスされ、反応チャンバ１１０内の未蒸着の残留ソースガスはパージガスが継続的に反応チャンバ１１０内に供給されることによって、パージされる。この際、第４断続弁１４８が閉鎖された状態で第３キャリアガスも反応チャンバ１１０内に継続的に供給されうる。
【００６９】
反応ガスパルス段階及び反応ガスパージ段階では、前述したソースガスパージ段階と類似して、第１キャリアガスは、バイパス管１１６を通じてバイパスされ、パージガスは、反応チャンバ１１０に供給され続け、単に反応ガス供給ラインに設けられた第４断続弁１４８と第３断続弁１４６とが開放されつつ、反応ガスが第２キャリアガスと共に反応チャンバ１１０内に供給される。
【００７０】
図１２は、本発明の第３実施形態による半導体素子の製造装置を概略的に示す図面であって、基本的に図５ないし図８に示されたように、第１実施形態と類似しているが、ソースガスとして相異なる異種ソースガスを使用して基板上に多層膜または複合膜をALDで蒸着することに関するものである。以下では、第１実施形態と同じ内容についての詳細な説明は省略し、差異点について主に説明する。
【００７１】
図１２を参照すれば、図５とは違って２個のソースガス供給源１２２、２２２が第１キャリアガス供給ラインと共にソースガス供給管１２２ｃにそれぞれ並列に対応して設けられている。複数個の２方断続弁及び３方弁を用いて第１ソースガスまたは第２ソースガスのうち、１つを選択的に供給するように構成されたものである。本実施形態では、２個の異種ソースガスの供給に関するものであるが、２つ以上の異種ソースガス供給ラインをソースガス供給管１２２ｃに対して並列に構成して、多様なソースガスを選択的に使用しうる。
【００７２】
第１ソースガスを供給する第１ソースガス供給源１２２のラインを説明すれば、第１キャリアガス供給源１２６からの第１キャリアガス供給管１２６ａに沿って中間に第１ソースガス供給源１２２が第１ないし第４の３方弁１３２、１３４、１３６、１３８を通じて並列に連結されている。第１及び第２の３方弁１３２、１３４間の第１キャリアガス供給管１２６ａには、オン／オフ弁である第１の２方断続弁１４２が設けられており、第３及び第４の３方弁１３６、１３８の間には、オン／オフ弁である第２の２方断続弁２４２が設けられている。第１ソースガス供給源１２２は、第３及び第４の３方弁１３６、１３８間で前記第２の２方断続弁２４２と並列に設けられている。
【００７３】
一方、第２ソースガスを供給する第２ソースガス供給源２２２のラインを説明すれば、第１キャリアガス供給源１２６からの第１キャリアガス供給管１２６ａに沿って中間に第２ソースガス供給源２２２が第５ないし第８の３方弁２３２、２３４、２３６、２３８を通じて並列に連結されている。すなわち、第１キャリアガス供給源１２６と第１の３方弁１３２との間に第５の３方弁２３２が配置され、第２の３方弁１３４と４方弁１５２との間に第６の３方弁２３４が配置される。第１キャリアガス供給管１２６ａと並列に分岐された第２ソースガス供給源２２２のラインには、第７の３方弁２３６及び第８の３方弁２３８が設けられており、その間にオン／オフ弁である第３の２方断続弁４４２が設けられている。第２ソースガス供給源２２２は、第７及び第８の３方弁２３６、２３８の間で前記第３の２方断続弁４４２と並列に設けられている。
【００７４】
図１２において、第１ソースガスを選択して前述したようにソースガスパルス段階−ソースガスパージ段階−反応ガスパルス段階−反応ガスパージ段階を１周期進行させて、基板の表面上に第１ソースガス−反応ガスの反応物を薄く蒸着させた後、次の周期で第２ソースガスを選択して、同じサイクルを繰り返して第１ソースガス−反応ガスの反応物上に第２ソースガス−反応ガス反応物を蒸着させる。このような第１ソースガス及び第２ソースガスを交互に供給して、原子層蒸着の周期を数〜数１０００回繰り返して行うことによって、基板表面に所望の複合薄膜層を蒸着させうる。例えば、第１ソースガスを“Ａ１”で、第２ソースガスを“Ａ２”で、反応ガスを“Ｂ”で、第１ソースガスと反応ガスとの反応物を“Ａ１Ｂ”で、第２ソースガスと反応ガスとの反応物を“Ａ２Ｂ”で各々示す場合、本実施形態によって基板上に蒸着される膜は、“Ａ１Ｂ／Ａ２Ｂ／Ａ１Ｂ／Ａ２Ｂ．．．．Ａ１Ｂ／Ａ２Ｂ”で示し得る。
【００７５】
第１及び第２ソースガスＡ１、Ａ２と反応ガスＢとを用いて基板表面にALDにより反応物の薄膜を蒸着する工程を具体的に説明する。前述したように、原子層蒸着工程は、ソースガスパルス段階−ソースガスパージ段階−反応ガスパルス段階−反応ガスパージ段階を１サイクルとして、所望の厚さの薄膜層が形成されるまで繰り返して行う。
【００７６】
まず、第１ソースガスＡ１のパルス段階として、被蒸着対象物であるウェーハ（図示せず）がローディングされた反応チャンバ１１０内に第１ソースガスＡ１を供給して基板の表面に第１ソースガス物質を吸着させる。この際、各弁の開閉関係を説明すれば、第５の３方弁２３２の第２出口２３２ｂ及び第６の３方弁２３４の出口２３４ｂを開放し、第１の２方断続弁１４２をオフにして閉鎖し、第１の３方弁１３２の第１出口１３２ａを開放させ、第２の３方弁１３４の第１入口１３４ａ及び出口１３４ｂを開放させると同時に、第３の３方弁１３６の第１出口１３６ａ及び第４の３方弁の入口１３８を開放し、第２の２方断続弁２４２をオフにして第１キャリアガスと第１ソースガスＡ１とが同時に供給されるようにし、バイパス管１１６の中間に設けられた断続弁１５２をオフにすると同時に、４方弁１５０をオンにして、バイパス管１１６への流れを遮断させ、反応チャンバ１１０に誘導させる。したがって、第１ソースガス供給源１２２から第１ソースガスＡ１が第１キャリアガスと共に反応チャンバ１１０内に供給される。
【００７７】
次いで、第１ソースガスＡ１のパージ段階として、基板表面に吸着されたソースガス物質を除いた反応チャンバ１１０内の未吸着されたソースガス残留物質を除去する。この際、各弁の開閉関係を説明すれば、第５の３方弁２３２の第２出口２３２ｂ及び第６の３方弁２３４の出口２３４ｂを開放し、第１の２方断続弁１４２をオンにして開放し、第１の３方弁１３２の第１出口１３２ａを閉鎖させると同時に、第２出口１３２ｂを開放させ、第２の３方弁１３４の第１入口１３４ａを閉鎖すると同時に、出口１３４ｂを開放させて、第１ソースガスの供給を遮断し、第１キャリアガスが流れるようにし、バイパス管１１６に設けられた断続弁１５２をオンにすると同時に、４方弁１５０をオフにして、第１キャリアガスを、バイパス管１１６を通じて排気させる。したがって、第２の３方弁１３４と４方弁１５０との間、及び４方弁１５０とバイパス管１１６の断続弁１５２との間に残留していたソースガスが反応チャンバ１１０に流れずに、第１キャリアガスと共にバイパス管１１６を通じて外部にバイパスされ、反応チャンバ１１０内の未蒸着の残留ソースガスは、パージガス供給源１２８から供給されるパージガスが継続的に反応チャンバ１１０内に供給されることによってパージされる。
【００７８】
次いで、反応ガスＢパルス段階として、ウェーハ基板の表面上に第１ソースガスＡ１が蒸着された状態で反応チャンバ１１０内に反応ガスＢを供給して、あらかじめ蒸着されたソースガスと反応ガスの一部を反応させて、反応物を基板の表面上に形成させる。この際、各弁の開閉関係を説明すれば、前述した第１ソースガスパージ段階と類似して、第１キャリアガスは、バイパス管１１６を通じてバイパスされ、パージガスは、反応チャンバ１１０に供給され続け、単に反応ガス供給ラインに設けられた断続弁１４８と断続弁１４６とが開放されつつ、反応ガスが第２キャリアガス供給源１３０から供給される第２キャリアガスと共に反応チャンバ１１０内に供給される。
【００７９】
次いで、反応ガスＢパージ段階として、基板表面で吸着された第１ソースガスＡ１＋反応ガスＢの反応物Ａ１Ｂを除いた反応チャンバ１１０内の未反応の反応ガス残留物質を除去する。この際、各弁の開閉関係を説明すれば、前述した第１ソースガスパージ段階と類似して、第１キャリアガスはバイパス管１１６を通じてバイパスされ、パージガスは反応チャンバ１１０に供給され続け、単に反応ガス供給ラインで第４断続弁１４８が閉鎖され、反応ガスの供給が遮断されつつ、第２キャリアガスだけが反応チャンバ１１０内に供給される。
【００８０】
次いで、第２ソースガスＡ２パルス段階として、反応チャンバ１１０内に第２ソースガスＡ２を供給して、反応物Ａ１Ｂが表面に形成された基板の表面に第２ソースガス物質を吸着させる。この際、第１の３方弁１３２の第１出口１３２ａと第１断続弁１４２が閉鎖され、第５の３方弁２３２の第１出口２３２ａが開放され、第７の３方弁２３６の第１出口２３６ａが開放され、第８の３方弁２３８及び第６の３方弁２３４を経て第１キャリアガスと第２ソースガスＡ２とが第１ソースガス供給ラインと類似した弁の開閉を通じて反応チャンバ１１０内に同時に供給させる。
【００８１】
前述した第１ソースガスについての説明と共に、続けて第２ソースガスパージ段階、反応ガスＢパルス段階、反応ガスパージ段階を通じて反応物Ａ１Ｂ上に第２ソースガスによる反応物Ａ２Ｂが形成され、第１ソースガス及び第２ソースガスを交互に選択して供給することによって、Ａ１Ｂ／Ａ２Ｂ／Ａ１Ｂ／Ａ２Ｂ．．．の順序で原子層蒸着がなされる。
【００８２】
図１３は、本発明の第４実施形態による半導体素子の製造装置を概略的に示す図面である。第３実施形態では、異種のソースガスが、同じソースガス供給管１２２ｃを通じて４方弁１５０を通じて反応チャンバ１１０に供給されるのに対し、第４実施形態では、異種のソースガスが、同じパージガス供給管１２８ａを通じて供給されるが、それぞれ別個の第１及び第２ソースガス供給管１２２ｃ、２２２ｃ、第１及び第２の４方弁１５０、２５０を通じて反応チャンバ１１０に供給されるという点で異なる。
【００８３】
第１ソースガス供給源１２２ラインを説明すれば、第１キャリアガス供給源１２６からの第１キャリアガス供給管１２６ａに沿って中間に第１ソースガス供給源１２２が第１ないし第４の３方弁１３２、１３４、１３６、１３８を通じて並列に連結されている。第１及び第２の３方弁１３２、１３４の間の第１キャリアガス供給管１２６ａには、オン／オフ弁である第１の２方断続弁１４２が設けられており、第３及び第４の３方弁１３６、１３８の間には、オン／オフ弁の第２の２方断続弁１４３が設けられている。第１ソースガス供給源１２２は、第３及び第４の３方弁１３６、１３８の間で前記第２の２方断続弁１４３と並列に設けられている。第１ソースガス供給源１２２から出た第１ソースガスは第１の４方弁１５０に連結される。
【００８４】
第２ソースガスの供給源２２２ラインを説明すれば、第２キャリアガス供給源２２６からの第２キャリアガス供給管２２６ａに沿って、中間に第２ソースガス供給源２２２が第５ないし第８の３方弁２３２、２３４、２３６、２３８を通じて並列に連結されている。第５及び第６の３方弁２３２、２３４の間の第２キャリアガス供給管２２６ａには、オン／オフ弁の第３の２方断続弁２４２が設けられており、第７及び第８の３方弁２３６、２３８の間には、オン／オフ弁の第４の２方断続弁２４３が設けられている。第２ソースガス供給源２２２は、第７及び第８の３方弁２３６、２３８の間で前記第４の２方断続弁２４３と並列に設けられている。第２ソースガス供給源２２２から出た第２ソースガスは、第２の４方弁２５０に連結される。第１及び第２の４方弁１５０、２５０は第１実施形態と同じ原理により作動する。
【００８５】
パージガス供給ラインに沿って説明すれば、パージガス供給源１２８からパージガスがパージガス供給管１２８ａを通じて反応チャンバ１１０に供給されるように構成されており、中間に前述した第１ソースガス供給管１２２ｃとの合流地点に第１の４方弁１５０が設けられ、第２ソースガス供給管２２２ｃとの合流地点に第２の４方弁２５０が設けられ、パージガス供給源１２８と第２の４方弁２５０との間に断続弁１４４が設けられている。また、第１及び第２の４方弁１５０、２５０と連結されるバイパス管１１６には、それぞれ断続弁１５２、２５２が設けられる。反応ガス供給ラインは、前述した実施形態と同一である。
【００８６】
以下、第１及び第２ソースガスＡ１、Ａ２と反応ガスＢとを用いて基板表面にALDにより反応物の薄膜を蒸着する工程を具体的に説明する。
【００８７】
まず、第１ソースガスＡ１のパルス段階として、第１ソースガスＡ１のみを供給せねばならないために、第２の４方弁２５０の入口２５０ｃをオフにした状態で、前述した第３実施形態と同じ方式で第１ソースガスＡ１を第１ソースガス供給管１２２ｃを通じて供給する。
【００８８】
次いで、第１ソースガスパージ段階、反応ガスＢパルス段階及び反応ガスパージ段階を同じ方法で行って基板上に反応物Ａ１Ｂを形成する。
【００８９】
引き続き、第１ソースガス供給ラインを遮断した状態で、第２ソースガス供給ラインを開放して、第２ソースガスＡ２パルス段階を行う。この際、第１の４方弁１５０の入口１５０ｃが遮断され、第２の４方弁２５０の入口２５０ｃが開放される。
【００９０】
前述した第１ソースガスＡ１についての説明のように、続けて第２ソースガスＡ２のパージ段階、反応ガスＢパルス段階、反応ガスＢのパージ段階を通じてＡ１Ｂ／Ａ２Ｂ／Ａ１Ｂ／Ａ２Ｂ．．．の順序で原子層蒸着がなされる。
【００９１】
図１４は、本発明の第５実施形態による半導体素子の製造装置を概略的に示す図面である。第５実施形態では、４方弁１５４の動作原理が第２実施形態と同一であり、単一のソースガス供給管１２２ｃを通じて異種のソースガスを選択的に供給できるということは、第３実施形態と同一であるために、その詳細な説明は省略する。
【００９２】
図１５は、本発明の第６実施形態による半導体素子の製造装置を概略的に示す図面である。第６実施形態では、第１及び第２の４方弁１５４、２５４の動作原理が第２実施形態と同一であり、相異なるソースガスラインを通じて異種のソースガスを選択的に供給できるということは、第４実施形態と同一であるために、その詳細な説明は省略する。
【００９３】
一方、第３ないし第６実施形態では、２種類のソースガスを使用して基板上に複合膜をALDで蒸着することについて説明したが、必要によって、２種以上のソースガスを選択的に使用でき、また少なくとも２種以上の反応ガスを選択的に使用することもできる。この際、反応ガス供給ラインは、パージ効率を向上させるために前述したソースガス供給ラインと同じガス弁システムを適用しうる。
【００９４】
また、前記第３ないし第６実施形態では、第１ソースガスと第２ソースガスとを周期によって交互に選択して使用することについて説明しているが、第１ソースガスを使用して複数回のサイクルを通じて所定の厚さを有するように第１薄膜層をALDにより形成した後、第２ソースガスを使用してやはり複数回のサイクルを通じて前記第１薄膜層状に所定の厚さを有するように、第２薄膜層をALDにより形成することもできる。
【００９５】
例えば、第１ソースガスを“Ａ１”で、第２ソースガスを“Ａ２”で、第１反応ガスを“Ｂ１”で、第２反応ガスを“Ｂ２”で、第１ソースガスと第１反応ガスとの反応物を“Ａ１Ｂ１”で、第２ソースガスと第２反応ガスとの反応物を“Ａ２Ｂ２”で各々表する場合、本実施形態によって基板上に蒸着される膜は、ソースガス及び反応ガスの選択組合わせによって“Ａ１Ｂ１／Ａ２Ｂ２／Ａ１Ｂ１／Ａ２Ｂ２．．．．Ａ１Ｂ１／Ａ２Ｂ２”、“Ａ１Ｂ１／Ａ１Ｂ２／Ａ１Ｂ１／Ａ１Ｂ２．．．Ａ１Ｂ１／Ａ１Ｂ２／”、“Ａ１Ｂ１／Ａ１Ｂ  １．．．Ａ１Ｂ１／Ａ２Ｂ２／Ａ２Ｂ２．．．．Ａ２Ｂ２”などで表示されるように多様な構成を有する蒸着膜を形成しうる。
【００９６】
一方、第４及び第６実施形態では、それぞれ２つの４方弁１５０、２５０、１５４、２５４を使用して、異種のソースガスを供給し、この際、第１ソースガス及び第２ソースガスを選択するに当って、さらに粘着性のあるソースガスを反応チャンバ１１０に近づいたソースガス供給ラインを通じて供給することが望ましい。一般的に、ソースガスとしてＺｒＯ２は、ＨｆＯ２に比べて粘着性があり、ＨｆＯ２は、Ａｌ２Ｏ３に比べて粘着性があるとは言えない。
【００９７】
一方、本発明による弁システムでのＤＶの除去を確認するために、ＨｆＯ膜及びＡｌＯ膜に対してALDを第１実施形態によって行い、その結果を表１に表した。
【００９８】
【表１】
0005473184.tif 000002
【００９９】
表１において、（１）及び（２）は、ＨｆＯ膜をALDにより形成した例であって、（１）は、それぞれソースガスパルス（０．３秒）／ソースガスパージ（０．５秒）／酸素プリパルス（０．２秒）／酸素プラズマ（１．０秒）／酸素パージ（０．２）を１００サイクル行った後の結果であり、（２）は、それぞれソースガスを供給するサイクルの間にソースガスを供給しないサイクルを追加して行った結果である。すなわち、（２）の結果から本発明の弁システムでＤＶが発生せず、均一度が全然悪くならないということを確認しうる。
【０１００】
同じ意味で、表１でＡｌＯ膜を蒸着するための（３）及び（４）の結果からも、本発明のシステムではＤＶが発生しないということを確認しうる。
【０１０１】
前述した本発明は、前記実施形態及び添付された図面により限定されるものではなく、本発明の技術的思想を外れない範囲内で色々な置換、変形及び変更が可能であるという点は、本発明が属する技術分野で当業者にとっては明白なものである。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、半導体素子の製造に関連した技術分野に好適に適用されうる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】従来の技術による半導体素子の製造のための半導体素子の製造装置のガス弁システムを概略的に示す図面である。
【図２】図１でＤＶ（Ｄｅａｄ  Ｖｏｌｕｍｅ）が発生する部分を拡大した図面である。
【図３】図２のＡＡ’線に沿って切った２方弁の閉鎖状態を示す図面である。
【図４】図２のＡＡ’線に沿って切った２方弁の開放状態を示す図面である。
【図５】本発明の第１実施形態による半導体素子の製造装置を概略的に示す図面である。
【図６】図５の主要部を拡大した図面である。
【図７】図６のＣＣ’線に沿って切った２方弁の閉鎖状態を示す図面である。
【図８】図６のＤＤ’線に沿って切った４方弁の閉鎖状態を示す図面である。
【図９】本発明の第２実施形態による半導体素子の製造装置を概略的に示す図面である。
【図１０】図９の主要部を拡大した図面である。
【図１１】図９のＥＥ’線に沿って切った４方弁の閉鎖状態を示す図面である。
【図１２】本発明の第３実施形態による半導体素子の製造装置を概略的に示す図面である。
【図１３】本発明の第４実施形態による半導体素子の製造装置を概略的に示す図面である。
【図１４】本発明の第５実施形態による半導体素子の製造装置を概略的に示す図面である。
【図１５】本発明の第６実施形態による半導体素子の製造装置を概略的に示す図面である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０、１１０  反応チャンバ
１２、１１２  排気用ポンプ
１３、１１３  排気管
１４、１１４  スロットル弁
１６、１１６  バイパス管
２２、１２２、２２２  ソースガス供給源
２２ａ、１２２ａ、１２２ｃ  ソースガス供給管
２４、１２４  反応ガス供給源
２４ａ、１２４ａ  反応ガス供給管
２８、１２８  パージガス供給源
２８ａ、１２８ａ  パージガス供給管
２６、３０、１２６、１３０、２２６  キャリアガス供給源
２６ａ、３０ａ、１２６ａ、１３０ａ  キャリアガス供給管
３２、３４、３６、３８、１３２、１３４、１３６、１３８、２３６、２３８  ３方弁
４２、４４、４６、４８、１４２、１４３、１４４、１４６、１４８、１５２、２４２、２４３、２５２  ２方弁
１５０、１５４、２５０  ４方弁
３６ｅ、１５０ｇ、１５２ｃ、１５４ｉ  ダイアフラム隔板
【図１】
0005473184.tif 000003
【図２】
0005473184.tif 000004
【図３】
0005473184.tif 000005
【図４】
0005473184.tif 000006
【図５】
0005473184.tif 000007
【図６】
0005473184.tif 000008
【図７】
0005473184.tif 000009
【図８】
0005473184.tif 000010
【図９】
0005473184.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
0005473184.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
0005473184.tif 000015
【図１４】
0005473184.tif 000016
【図１５】
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