KR100390961B1 - 듀플럭스 존 샤워 헤드 및 이를 적용하는 케미커리인핸스드 화학기상증착 장비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 촉매 등의 화학적 처리에 의해 화학기상증착법으로 금속 박막을 증착할 때 화학적 처리를 균일하게 할 수 있도록 하여, 금속 박막의 스텝 커버리지, 증착 속도, 결, 점착 특성 등을 개선할 수 있는 듀플럭스 존 샤워 헤드 및 이를 적용하는 케미커리 인핸스드 화학기상증착(Chemically Enhanced Chemical Vapor Deposition; CECVD) 장비에 관하여 기술된다. 본 발명의 듀플럭스 존 샤워 헤드는 증착 소오스 재료 유입 라인과 증착 소오스 재료 분사 노즐이 구비된 제 1 샤워 존과, 케미컬 유입 라인과 케미컬 분사 노즐이 구비된 제 2 샤워 존으로 이루어지며, 증착 소오스 재료를 수용하는 제 1 샤워 존과 케미컬을 수용하는 제 2 샤워 존은 상호 완전히 격리된다. 이러한 듀플럭스 존 샤워 헤드는 제 1 및 제 2 샤워 존의 노즐이 반응 챔버의 내부쪽에 위치되도록 반응 챔버의 상단에 장착되며, 제 1 샤워 존의 증착 소오스 재료 유입 라인은 증착 소오스 재료 공급 장치에 연결되고, 제 2 샤워 존의 케미컬 유입 라인은 케미컬 공급 장치에 연결되어 본 발명의 케미커리 인핸스드 화학기상증착(CECVD) 장비를 이룬다.

Description

듀플럭스 존 샤워 헤드 및 이를 적용하는 케미커리 인핸스드 화학기상증착 장비{Duplex zone showerhead and chemical enhanced chemical vapor deposition equipment utilizing the same}
본 발명은 듀플럭스 존 샤워 헤드(duplex zone showerhead) 및 이를 적용하는 케미커리 인핸스드 화학기상증착(Chemical Enhanced Chemical Vapor Deposition; CECVD) 장비에 관한 것으로, 특히 촉매 등의 화학적 처리에 의해 화학기상증착법으로 금속 박막을 증착할 때 화학적 처리를 균일하게 할 수 있도록 하여, 금속 박막의 스텝 커버리지, 증착 속도, 결, 점착 특성 등을 개선할 수 있는 듀플럭스 존 샤워 헤드 및 이를 적용하는 케미커리 인핸스드 화학기상증착(CECVD) 장비에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자의 제조 공정에서 금속 박막 증착 공정은 고속 소자 및 고집적 소자를 실현하는데 중요한 공정으로, 물리기상증착(Physical Vapor Deposition; PVD)법, 전해도금(Electroplating)법, 무전해전기도금법(Electroless-plating), 화학기상증착(CVD)법 등 여러 증착 기술이 적용되고 있다. 이러한 금속박막 증착 기술중 화학기상증착법에 의한 금속 박막 증착은 금속 박막 증착 소오스 재료인 전구체를 사용하여 화학기상증착 장비에서 이루어진다.
종래 화학기상증착 장비는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 증착 소오스 재료를 운송하는 증착 소오스 재료 공급 장치(10)와, 공급 장치(10)로 부터 증착 소오스 재료 공급 라인(20)을 통해 증착 소오스 재료를 공급 받아 웨이퍼가 장착된 반응 챔버(40)로 균일하게 분사시켜주는 샤워 헤드(30)로 구성된다. 샤워 헤드(30)는, 도 1b에 도시된 바와 같이, 공급 장치(10)의 공급 라인(20)과 연결된 증착 소오스 재료 유입 라인(32)과, 증착 소오스 재료를 수용하는 샤워 존(31)과, 수용된 증착 소오스 재료를 반응 챔버(40) 내부로 분사시켜주는 증착 소오스 재료 분사 노즐(33)로 구성된다.
상기에서, 증착 소오스 재료 공급 장치(10)는 버블러(bubbler), 다이렉트 리퀴드 인젝션(Direct Liquid Injection; DLI), 컨트롤 에바퍼레이션 믹서(Control Evaporation Mixer; CEM), 오리피스(orifice) 방식이나 스프레이(spray) 방식의 베이퍼라이저(vaporizer)를 갖는 모든 리퀴드 딜리버리 시스템(Liquid Delivery System; LDS)을 포함한다.
상기한 종래 화학기상증착 장비를 이용하여 구리, 알루미늄, 텅스텐, 은, 백금, 탄탈, 타이타늄 등과 같은 금속을 증착하여 금속 박막을 형성하고 있는데, 금속 박막의 스텝 커버리지, 증착 속도, 결(texture), 점착(adhesion) 특성 등을 개선하기 위하여 증착 소오스 재료와 함께 촉매등의 화학 첨가제를 사용하고 있다. 그러나, 종래 화학기상증착 장비는 화학 첨가제를 균일하게 분사시키는 장치가 별도로 구비되어 있지 않아 증착 속도를 가속화할 수 있는 촉매등의 화학 첨가제를 균일하게 분사하는데 많은 어려움이 있다. 예를 들어, 종래 화학기상증착 장비에서 구리를 증착할 경우, 점착 특성 및 결이 좋지 못하고, 특히 증착 속도가 매우 낮아서 현재 널리 적용되고 있는 전해도금(electroplating) 공정보다 비용(cost)측면에서 매우 열악한 단점을 지니고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위한 방법으로 화학 첨가제를 균일하게 증착하여 증착 속도 및 구리 박막의 기본 물성을 향상시키는 것이 가능하나, 종래 화학기상증착 장비에는 이를 균일하게 분사시키는 장치가 없어 종래 샤워 헤드에 화학 첨가제를 흘린 후 화학기상증착법으로 구리 박막을 증착할 때 샤워 헤드에 구리가 심하게 증착되는 현상이 발생되어 구리 증착 공정의 재현성을 실현시킬 수 없을 뿐만 아니라 구리 증착시 완벽한 표면 흡착 반응을 유도할 수 없어 우수한 막질의 구리 박막을 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명은 촉매 등의 화학적 처리에 의해 화학기상증착법으로 금속 박막을 증착할 때 화학적 처리를 균일하게 할 수 있도록 하여, 금속 박막의 스텝 커버리지, 증착 속도, 결, 점착 특성 등을 개선할 수 있는 듀플럭스 존 샤워 헤드 및 이를 적용하는 케미커리 인핸스드 화학기상증착(CECVD) 장비를 제공함에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 듀플럭스 존 샤워 헤드는 증착소오스 재료 유입 라인을 통해 증착 소오스 재료를 공급 받아 이를 수용하고, 증착 소오스 재료 분사 노즐을 통해 반응 챔버에 분사하는 제 1 샤워 존; 및 케미컬 유입 라인을 통해 화학 첨가제를 공급 받아 이를 수용하고, 케미컬 분사 노즐을 통해 반응 챔버에 분사하는 제 2 샤워 존으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 케미커리 인핸스드 화학기상증착 장비는 증착 소오스 재료를 운송하는 증착 소오스 재료 공급 장치; 화학 첨가제를 운송하는 케미컬 공급 장치; 상기 증착 소오스 재료 공급 장치와 상기 케미컬 공급 장치 각각에 연결된 듀플럭스 존 샤워 헤드; 및 상기 듀플럭스 존 샤워 헤드가 장착된 반응 챔버로 구성된 것을 특징으로 한다.
도 1a는 종래 화학기상증착 장비의 구성도.
도 1b는 도 1a에 도시된 종래 샤워 헤드의 상세 단면도.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 케미커리 인핸스드 화학기상증착 장비의 구성도.
도 2b는 도 2a에 도시된 본 발명에 따른 듀플럭스 존 샤워 헤드의 상세 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 증착 소오스 재료 공급 장치 20: 증착 소오스 재료 공급 라인
30: 샤워 헤드 31: 샤워 존
32: 증착 소오스 재료 유입 라인 33: 증착 소오스 재료 분사 노즐
40: 반응 챔버
101: 증착 소오스 재료 공급 장치 102: 케미컬 공급 장치
201: 증착 소오스 재료 공급 라인 202: 케미컬 공급 라인
300: 듀플럭스 존 샤워 헤드 311: 제 1 샤워 존
312: 증착 소오스 재료 유입 라인 313: 증착 소오스 재료 분사 노즐
321: 제 2 샤워 존 322: 케미컬 유입 라인
323: 케미컬 분사 노즐 400: 반응 챔버
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 케미커리 인핸스드 화학기상증착 장비의 구성도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 본 발명에 따른 듀플럭스 존 샤워 헤드의 상세 단면도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 케미커리 인핸스드 화학기상증착(CECVD) 장비는 증착 소오스 재료를 캐리어 가스(carrier gas)에 의해 운송하는 증착 소오스 재료 공급 장치(101)와, 촉매등의 화학 첨가제를 운송하는 케미컬 공급 장치(102)와, 증착 소오스 재료 공급 장치(101)로 부터 증착 소오스 재료 공급 라인(201)을 통해 증착 소오스 재료를 공급 받고, 케미컬 공급 장치(102)로 부터 케미컬 공급라인(202)을 통해 촉매등의 화학 첨가제와 같은 케미컬을 공급 받아 웨이퍼가 장착된 반응 챔버(400)로 균일하게 분사시켜주는 듀플럭스 존 샤워 헤드(300)로 구성된다.
상기에서, 증착 소오스 재료 공급 장치(101)는 버블러(bubbler), 다이렉트 리퀴드 인젝션(Direct Liquid Injection; DLI), 컨트롤 에바퍼레이션 믹서(Control Evaporation Mixer; CEM), 오리피스(orifice) 방식이나 스프레이(spray) 방식의 베이퍼라이저(vaporizer)를 갖는 모든 리퀴드 딜리버리 시스템(Liquid Delivery System; LDS)을 포함한다.
듀플럭스 존 샤워 헤드(300)는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 증착 소오스 재료 유입 라인(312)과 증착 소오스 재료 분사 노즐(313)이 구비된 제 1 샤워 존(311)과, 케미컬 유입 라인(322)과 케미컬 분사 노즐(323)이 구비된 제 2 샤워 존(321)으로 구성된다. 증착 소오스 재료를 수용하는 제 1 샤워 존(311)과 케미컬을 수용하는 제 2 샤워 존(321)은 상호 완전히 격리된다. 이러한 듀플럭스 존 샤워 헤드(300)는 제 1 및 제 2 샤워 존(311 및 321) 각각의 분사 노즐(313 및 323)이 반응 챔버(400)의 내부쪽에 위치되도록 반응 챔버(400)의 상단에 장착되며, 제 1 샤워 존(311)의 증착 소오스 재료 유입 라인(312)은 증착 소오스 재료 공급 장치(101)의 공급 라인(201)에 연결되고, 제 2 샤워 존(321)의 케미컬 유입 라인(322)은 케미컬 공급 장치(102)의 공급 라인(202)에 연결된다.
듀플럭스 존 샤워 헤드(300)에서 제 2 샤워 존(321)의 분사 노즐(323)은 SUS, Ni, Al2O3등의 재질로 만들며, 직경이 0.1 내지 5mm인 원통구조이다. 제 1 샤워 존(311)의 분사 노즐(313) 및 제 2 샤워 존(321)의 분사 노즐(323)의 배열은 정사각형 형태의 배열, 정삼각형 배열 및 나선형 배열이 가능하다. 이렇게 화학 첨가제를 분사하기 위한 제2 샤워 존(321)을 SUS, Ni 및 Al2O3중 어느 하나의 재질로 제조함으로써, 화학 첨가제가 제2 샤워 존(321)의 구성 물질과 반응하여 반응 부산물이 발생되거나 오염물이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
상기한 본 발명의 케미커리 인핸스드 화학기상증착(CECVD) 장비는 금속 박막 형성용 소오스 재료를 증착 소오스 재료 공급 장치(101) 및 듀플럭스 존 샤워 헤드(300)의 제 1 샤워 존(311)을 통해 반응 챔버(400)로 공급하여 구리, 알루미늄, 텅스텐, 은, 백금, 탄탈, 타이타늄 등과 같이 단금속 박막 증착을 할수 있으며, 단금속의 산화물 형태, 질화물 형태 및 산질화물 형태의 박막 증착도 가능하다. 케미커리 인핸스드 화학기상증착(CECVD) 장비를 이용하여 금속 박막을 증착할 때, 금속 박막의 스텝 커버리지, 증착 속도, 결, 점착 특성 등을 개선하기 위하여, 촉매등의 화학 첨가제를 케미컬 공급 장치(102) 및 듀플럭스 존 샤워 헤드(300)의 제 2 샤워 존(321)을 통해 반응 챔버(400)로 공급한다. 촉매등의 화학 첨가제는 경우에 따라 금속 박막 증착 전에 공급하거나, 금속 박막 증착과 동시에 공급하거나, 금속 박막 증착 후에 공급하여 화학적 처리를 행할 수 있다. 이러한 촉매등의 화학 첨가제는 어떠한 증착 소오스 재료를 사용하느냐에 따라 선택하며, 촉매등의 화학 첨가제로 요오드 함유 액체 화합물, Hhfac1/2H2O, Hhfac, TMVS 등과 같은 액체 상태의 화학 첨가제나, 순수 요오드 가스, 요오드 함유 가스, 수증기(water vapor) 등과 같은 가스 상태의 화학 첨가제나, 주기율표상의 7족 원소들인 F, Cl, Br, I, At 원소의 액체 및 가스 상태 그리고 그 화합물의 액체 및 가스 상태의 화학 첨가제를사용할 수 있다. 촉매등의 화학 첨가제를 이용한 화학적 처리 시간은 1초 내지 10분의 범위를 갖으며, 화학적 전처리 온도는 -20 내지 300℃의 범위가 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 증착 소오스 재료를 수용하는 샤워 존과는 별도로 화학 첨가제를 수용하는 샤워 존이 구비된 듀플럭스 존 샤워 헤드를 케미커리 인핸스드 화학기상증착 공정에 적용하므로, 금속 박막의 스텝 커버리지, 증착 속도, 결, 점착 특성 등을 개선할 수 있을 뿐만 아니라 금속 증착 공정의 재현성을 실현시킬 수 있어, 소자의 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 비용(cost)을 절감할 수 있으며, 생산성(through put)을 증대시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. 증착 소오스 재료 유입 라인을 통해 증착 소오스 재료를 공급 받아 이를 수용하고, 정사각형 형태의 배열, 정삼각형 배열 및 나선형 배열 중 어느 하나의 배열로 이루어진 증착 소오스 재료 분사 노즐을 통해 반응 챔버에 분사하는 제 1 샤워 존; 및
    케미컬 유입 라인을 통해 화학 첨가제를 공급 받아 이를 수용하고, 정사각형 형태의 배열, 정삼각형 배열 및 나선형 배열 중 어느 하나의 형태로 배열되며 SUS, Ni 및 Al2O3중 어느 하나의 재질로 이루어진 케미컬 분사 노즐을 통해 반응 챔버에 분사하는 제 2 샤워 존으로 구성된 것을 특징으로 하는 듀플럭스 존 샤워 헤드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 샤워 존과 상기 제 2 샤워 존은 격리되도록 구성된 것을 특징으로 하는 듀플럭스 존 샤워 헤드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 샤워 존의 상기 분사 노즐은 직경이 0.1 내지 5mm인 원통구조인 것을 특징으로 하는 듀플럭스 존 샤워 헤드.
  4. 삭제
  5. 증착 소오스 재료를 운송하는 증착 소오스 재료 공급 장치;
    화학 첨가제를 운송하는 케미컬 공급 장치;
    증착 소오스 재료 유입 라인과 정사각형 형태의 배열, 정삼각형 배열 및 나선형 배열 중 어느 하나의 배열로 이루어진 증착 소오스 재료 분사 노즐이 구비되며, 상기 증착 소오스 재료 유입 라인을 통해 상기 증착 소오스 재료 공급 장치와 연결된 제 1 샤워 존 및 케미컬 유입 라인과, 정사각형 형태의 배열, 정삼각형 배열 및 나선형 배열 중 어느 하나의 형태로 배열되며 SUS, Ni 및 Al2O3중 어느 하나의 재질로 이루어진 케미컬 분사 노즐이 구비되며, 상기 케미컬 유입 라인을 통해 상기 케미컬 공급 장치와 연결된 제 2 샤워 존으로 구성된 듀플럭스 존 샤워 헤드; 및
    상기 듀플럭스 존 샤워 헤드가 장착된 반응 챔버로 구성된 것을 특징으로 하는 케미커리 인핸스드 화학기상증착 장비.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 증착 소오스 재료 공급 장치는 버블러, 다이렉트 리퀴드 인젝션, 컨트롤 에바퍼레이션 믹서, 오리피스 방식이나 스프레이 방식의 베이퍼라이저를 갖는 리퀴드 딜리버리 시스템인 것을 특징으로 하는 케미커리 인핸스드 화학기상증착 장비.
  7. 삭제
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 샤워 존과 상기 제 2 샤워 존은 격리되도록 구성된 것을 특징으로 하는 케미커리 인핸스드 화학기상증착 장비.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 샤워 존의 상기 분사 노즐은 직경이 0.1 내지 5mm인 원통구조인 것을 특징으로 하는 케미커리 인핸스드 화학기상증착 장비.
  10. 삭제
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