KR20000075433A - 유전상수가 낮은 나노 다공성 공중합체 필름 - Google Patents

유전상수가 낮은 나노 다공성 공중합체 필름 Download PDF

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KR20000075433A
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로버트피. 만달
데이비드 청
피터와이만 이
치일 랑
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조셉 제이. 스위니
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Abstract

반도체 기판상에 유전상수가 낮은 얇은 공중합체 층을 형성하기 위한 방법과 장치는 시클릭 p-크실렌 다이머, 1,4-비스(포르마토메틸)벤젠 또는 1,4-비스(N-메틸아미노메틸)벤젠과 같은 고체 또는 액체 전구체로부터 p-크실렌, 또는 이의 유도체의 원래의 형성을 포함한다. p-크실렌은 공중합체 층이 기판상에 증착된 후, 분산된 기체 기포로 전환되는 불안전한 그룹을 가진 공단량체와 공중합된다. 양호한 공단량체는 디아조시클로펜타디에닐, 디아조퀴노일, 포르밀옥시 또는 글리옥실로일옥시 그룹을 포함한다.

Description

유전상수가 낮은 나노 다공성 공중합체 필름 {NANO-POROUS COPOLYMER FILMS HAVING LOW DIELECTRIC CONSTANTS}
본 발명은 기판 상에 얇은 중합체 층을 형성시키는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 집적 회로를 제조하는 동안 p-크실렌으로부터 유전상수가 낮은 필름을 형성시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.
집적 회로의 구성에서, 장치 형태는 일정하게 수축되어, 장치들 사이의 기생 커패시턴스를 증가시킨다. 회로 내의 동일하거나 인접한 층에서 연결부 사이의 기생 커패시턴스는 금속 라인 또는 연결부 사이를 누화시키고 장치의 반응 시간을 감소시킬 수 있다. 유전 재료에 의해 분리된 금속 연결부 사이의 기생 커패시턴스의 감소는 유전 재료의 두께를 증가시키거나 유전 재료의 유전상수를 감소시킴으로써 수행될 수 있다. 그러나, 유전 재료의 두께를 증가시키면 동일한 금속화된 층 또는 평면 내에서 기생 커패시턴스가 제공되지 않는다.
결과적으로, 동일하거나 인접한 층에서 금속 연결부 사이의 기생 커패시턴스를 감소시키기 위해서는, 금속 라인 또는 연결부 사이에 사용되는 재료를 현재 사용되는 재료, 즉 이산화규소 (SiO2)(k = 약 4.0)의 유전상수보다 낮은 유전상수를 갖는 재료로 대체시켜야 한다.
1995년 6월호의 저널 오브 배큠 앤드 테크놀로지(Journal of Vacuum and Technology)에 발표된 젱(Jeng)의 논문[A Planarized Multilevel Interconnect Scheme with Embedded Low-Dielectric-Constant Polymers for Sub-Quarter-Micron Applications]에는, 집적 회로 구조의 치밀하게 이격된 전도성 라인 또는 다른 방법상 중요한 부분 사이에 이산화규소(SiO2)의 대체물로서 파릴렌과 같은 유전상수가 낮은 중합체 재료를 사용하는 것이 기술되어 있다. p-크실렌 및 치환된 p-크실렌 단량체를 기제로 하는 열가소성 중합체 및 공중합체의 일반명인 파릴렌은 집적 회로에 사용하기 위해 적합한 물리적, 화학적, 전기적 및 열적 성질을 갖는 것으로 입증되었다. 문헌[Journal of Polymer Science : Part A : Polymer Chemistry, Vol. 26, at pages 2953-2971(1988)]에 발표된 아쇼크 케이. 샤르마(Ashok K. Sharma)의 논문[Parylene-C at Subambient Temperatures]에는, 적합한 고리형 단량체를 증발시키고 분해시킨 후에, 생성된 반응성 단량체를 증착시키고 중합시킴으로써 이러한 중합체를 증착시키는 것이 기술되어 있다. 문헌[Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Volume 17, Second Edition, at pages 990-1024 (1988)]에 발표된 알. 올슨(R. Olson)의 논문[Xylylene Polymers]에는 낮은 유전상수를 포함하는 이러한 중합체 재료의 성질이 추가로 기술되어 있다.
집적 회로 내에서의 증착에 대해 수가지 파릴렌 필름이 개발되어 왔다. 파릴렌-N은 약 70 내지 90℃보다 낮은 기판 온도에서 비치환 p-크실렌으로부터 증착된다. 파릴렌-N은 규소 산화물 및 다른 반도체 표면에 잘 부착되지 않는 것이 통상적이다. 또한, 파릴렌-N 필름은 약 400℃보다 높은 온도에는 열안정성이 부족한 것이 통상적이다. 파릴렌 필름의 열안정성은 p-크실렌의 시클릭 다이머를 플루오르화시키거나 염소화시켜서 파릴렌-F 필름 또는 파릴렌-C 필름을 제조함으로써 개선된다. 그러나, 치환된 p-크실렌 시클릭 다이머는 비치환 시클릭 다이머보다 훨씬 더 비싸고, 처리하기가 더 어렵다. 그 외에, 필름 내의 불소 또는 염소는 전기 바이어스가 인가되는 경우에 금속 전기 연결부를 부식시킬 수 있다.
파릴렌 전구물질로서 통상적으로 사용되는 p-크실렌 시클릭 다이머는 시클릭 다이머의 생성 동안 반응물 및 다른 생성물로부터 분리되는 고체로서 생성된다. 시클릭 다이머는 매우 비싸지만, 시클릭 다이머는 유전상수가 낮은 파릴렌 필름을 제조하기 위한 조절가능한 증착 공정을 제공한다. 시클릭 다이머는 p-크실렌 또는 이의 유도체로부터 생성된다.
테일러(Taylor) 등의 문헌[Parylene Copolymers, Mat. Res. Soc. Symp., Proc. Vol. 476 (1997), pp. 197-205]에는, 열안정성이 400℃보다 높고 유전 상수가 2.1 만큼 낮은 p-크실렌 공중합체가 기술되어 있다. p-크실렌은 테트라비닐테트라메틸시클로테트라실록산과 같은 공단량체의 존재하에 기판 상에 응축되고, 생성된 공중합체 필름은 파릴렌-N 필름보다 더 우수한 열안정성 및 더 낮은 유전상수를 갖는 것으로 규정되었다.
유전상수가 약 2.1보다 낮은 p-크실렌 공중합체 필름이 집적 회로 성능을 추가로 개선시킨다. 그러나, 필름을 제조하기 위한 유용한 공단량체는 확인되지 않았다.
도 1은 본 발명의 기체 증착 장치의 개략적인 사시도.
도 2는 본 발명의 탈수화 반응기를 도시하는 도 1의 장치의 일부분 절단한 도면.
도 3은 도 2에 도시한 탈수화 반응기의 수평 단면도.
도 4는 탈수화 반응기를 통해서 증착 챔버로의 P-크실렌을 이송하기 위한 캐리어 가스 전달 시스템의 사시도.
도 5는 도 1의 탈수화 반응기용 변경 구조체의 수직 단면도.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따라서 사용된 CVD 처리 챔버의 단면사시도.
도 7은 처리 챔버로부터 나오는 가스/기체의 처리를 도시하는, 도 1에 도시한 장치의 일부분의 수직 단면도.
도 8은 도 1 내지 도 7의 장치와 연결해서 처리 제어에 사용된 컴퓨터 프로그램의 플루우챠트.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 처리에서 p-크실렌 층과 라이너와 갭 층을 증착하는데 수행된 단계를 도시하는 플루우챠트.
도 10a 내지 도 10e는 도 9의 공정에 의해 기판상에 증착된 층의 개략적인 사시도.
본 발명은, p-크실렌의 소오스와 후속 처리 동안에 분산된 기포로 전환되는 열불안정성 그룹을 갖는 공단량체의 소오스로부터, 유전 상수가 낮은 유전체층을 증착시키기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 특히, p-크실렌 또는 이것의 유도체, 및 불안정성 그룹을 갖는 공단량체를, p-크실렌 공중합체의 형성에 실질적으로 유리한 조건에서 기판상에 축합시키기 위한 방법 및 장치가 제공된다. p-크실렌 공중합체가 형성된 후, 증착된 필름은 기판 온도의 제어된 상승에 의해 경화됨으로써, 불안정성 그룹이 증착된 공중합체 필름의 경화 도중에 미세 기포로 전환된다. 미세 기포 대 공중합체의 상대적 부피는 낮은 유전 상수를 제공하는 폐쇄된 셀 포움 구조를 유지하도록 제어된다.
공단량체는 약 200℃ 보다 높은 온도에서 기체 분해 생성물을 형성하기에 충분한 산소 또는 질소를 함유하는 열불안정성 그룹을 함유한다. 적당한 불안정성 그룹은 다음과 같다:
디아조시클로펜타디에닐 -C5H3=N=N (N2를 형성함)
디아조퀴노일, -C6H3=O(=N=N) (N2, CO를 형성함)
포르밀옥시, 및 -O-CH=O (CO, H2를 형성함)
글리옥실로일옥시. -O-CO-CH=O (CO, H2를 형성함)
증착된 공중합체 필름은 바람직하게는 점차 상승하는 온도 프로파일에서 경화되어, 불안정성 그룹을, 폐쇄된 셀 포움 구조에 기인하는 유전 상수가 낮은 나노 다공성 공중합체 필름 중에서 분산된 기체 포켓으로 전환시킨다. 경화 도중에, 증착된 물질의 온도는 약 400℃ 이상으로 증가될 수 있다. 바람직한 나노 다공성 공중합체 필름은 약 2.0 미만의 유전 상수를 갖는다.
바람직한 갭 필링 실시예에 있어서, 본 발명의 나노 다공성 p-크실렌 공중합체층은, 바람직하게는 저레벨의 펄스화된 RF 파워를 사용하여, 하나 이상의 반응성 실리콘 함유 화합물 및 아산화질소의 플라즈마 보조 반응에 의해 패턴화된 금속층에 증착된 실리콘 산화물 기초 배리어 층상에 증착된다. 공중합체층이 경화되어, 분산된 기포가 형성된 후, 공중합체층은 반응성 실리콘 함유 화합물 및 아산화질소의 추가 반응에 의해 동일한 챔버에서 임의로 캡핑된다.
본 발명의 상술한 특징, 장점 및 목적은 상세히 이해될 수 있도록 요약적으로 기술되어있으며, 본 발명의 보다 특정적인 실시예는 첨부 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되어 있다.
그러나, 첨부된 도면은 단지 본 발명의 전형적인 실시예에 해당하는 것으로 본 발명의 범주를 제한하는 것으로는 생각할 수 없으며 다른 동등한 효과적인 실시예도 허용될 수 있다.
양호한 실시예의 설명
본 발명은 유전 상수가 낮은 나노 다공성 p-크실렌 공중합체층을 증착시키기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 나노 다공성층은, p-크실렌 또는 이것의 유도체와 열불안정성 그룹을 갖는 공단량체를 기판상에 증착시키고, 생성되는 공중합체층을 경화시켜서 공중합체층에 균일하게 분산되는 미세 기체 포켓을 형성시킴으로써 생성된다. 미세 기체 포켓 대 공중합체의 상대적 부피는, 경화 후 낮은 유전 상수 및 낮은 투과성을 제공하는 폐쇄된 셀 포움 구조를 유지하도록 제어된다. 나노 다공성 공중합체층은 약 2.0 미만의 유전 상수를 가질 것이다.
공단량체는 약 300℃ 보다 높은 온도에서 기체 분해 생성물을 형성시키기에 충분한 산소 및 질소를 함유하는 열불안정성 그룹을 함유한다. 적당한 불안정성 그룹은 다음과 같다:
디아조시클로펜타디에닐 -C5H3=N=N (N2를 형성함)
디아조퀴노일, -C6H3=O(=N=N) (N2, CO를 형성함)
포르밀옥시, 및 -O-CH=O (CO, H2를 형성함)
글리옥실로일옥시. -O-CO-CH=O (CO, H2를 형성함)
증착된 공중합체 필름은 바람직하게는 점차 상승하는 온도 프로파일에서 경화되어, 불안정성 그룹을, 폐쇄된 셀 포움 구조에 기인하는 유전 상수가 낮은 나노 다공성 공중합체 필름 중의 분산된 기체 포켓으로 전환시킨다. 경화 도중에, 증착된 물질의 온도는 약 400℃ 이상으로 증가될 수 있다.
하나 이상의 반응성 이중 결합 및 열불안정성 그룹을 포함하는 바람직한 공중합체는 다음과 같다:
비스(디아조시클로펜타디에닐알릴)실란,
(CH2=CH-CH2-)-Si-(-C5H3=N=N)2
디아조퀴노일메틸디알릴실란,
(CH2=CH-CH2-)2-Si(CH3)-C6H3(=O)(=N=N)
디이소프로페닐디포르밀오르토실리케이트,
(CH2=C(CH3)-O-)2-Si-(O-CH=O)2
1,3-비스(알릴디아조시클로펜타디에닐메틸)디실록산,
디알릴디글리옥실로일옥실란,
(CH2=CH-CH2-)2-Si-(O-C(=O)-CH=O)2
1,3-디알릴테트라포르밀옥시디실록산,
2,4,6,8-테트라비닐테트라포르밀옥시시클로테트라실록산,
(-Si(-CH=CH2)(-O-CH=O)-O)4고리형
시클로-1,3,5-트리스(비닐메틸실라노)-2,4,6-트리스(포르마토메틸렌),
(-Si(-CH=CH2)(-CH3)-CH(-O-CH=O)-)3고리형, 및
시클로-1,3,5,7-테트라(비닐메틸실라노)-2,6-디옥시-4,8-비스(글리옥실로일메틸렌),
(-Si(-CH=CH2)(-CH3)-O-Si(-CH=CH2)(-CH3)-CH(-O-C(=O)-CH=O)-)2고리형
상기 화합물은 중합하여 약 40℃ 미만의 온도에서 수많은 불안정한 그룹을 보유하는 휘기 쉬운 코팅층을 형성한다. 2개 이상의 공단량체의 조합체가 유전 상수, 소수성, 필름 강도 및 플라즈마 에칭 특징과 같은 원하는 성질의 배합을 제공하는데 사용될 수 있다.
증착된 실리콘 함유 물질은 점차적으로 증가하는 온도에서 경화되어 불안정한 유기 화합물 그룹을 밀폐된 세포 기포 구조에 기인하는 낮은 유전 상수를 갖는 나노 기공층중의 분산된 가스 포켓으로 전환시키는 것이 바람직하다.
바람직한 갭 필링 실시예에서, 본 발명의 나노 기공성 공중합체 층은 패턴화된 금속층상에 증착된 산화 규소계 배리어 층상에 증착된다. 바람직하게, 산화 규소계 장벽층은 바람직하게 일정하거나 펄스화된 낮은 레벨의 RF 파워를 사용하는, 메틸실란 또는 디메틸실란 및 산화 질소의 플라즈마 보조 반응에 의해 증착된 산화 규소계 층이다. 그 다음, 나노 다공성 공중합체 층은 RF 파워의 부재하에 동일한 멀티챔버 클러스터화된 CVD 시스템에서 증착된 다음, 증온 프로필을 사용하여, 임의로 약 400℃까지 가열된다. 나노 다공성 공중합체 층은 일정하거나 펄스화된 낮은 레벨의 RF 파워를 사용하는, 반응성 규소 화합물 및 산화 질소의 추가 반응에 의해 장벽층을 증착시키는데 사용되는 동일한 챔버에서 임의로 캡화된다. 라이너 및 캡 층은 반응성 실리콘을 함유하는 화합물의 플라즈마 보조 산화에 의해 증착될 수 있다. 바람직한 반응성 실리콘 함유 화합물은 약 10 내지 약 150W의 일정한 RF 파워, 또는 약 20 내지 약 250W의 펄스화된 RF 파워를 사용하여 증착되는 디메틸실란이다. 펄스화된 RF 파워는 더 높은 피크 파워에서 작동할 수 있고 낮은 파워 레벨에서의 비펄스화된 RF 파워와 같은 전체 파워 입력을 제공한다. 라이너 및 캡 층에 남아있는 탄소는 낮은 유전 상수 및 장벽 성질에 기여한다. 남아있는 탄소는 바람직하게 충분한 C-H 또는 C-F 결합을 포함하여 양호한 수분 장벽인 소수성 층을 제공한다.
화합물을 함유하는 반응 실리콘은 산화질소(N2O)와 같은 산소 함유 화합물의 분해에 의한 증착 동안 형성된 산소와의 플라스마 보조된 반응에 의해 라이너 및 캡 층의 분해 동안 산화된다. 산화질소는 플라스마 보조물하고는 반응하지 않으며, 산소-질소 결합은 반응적인 실리콘 함유 화합물에서의 결합보다 낮은 에너지로 용이하게 파괴된다. 산화된 화합물은 반도체 기판의 패턴화된 층과 같은 표면에 접촉되어 부착되어, 증착된 필름을 형성한다. 증착된 필름은 약 300 내지 약 450℃, 바람직하게는 약 400℃에 경화되어, 필름의 장벽 특성을 안정화시킨다. 증착된 필름은 충분한 탄소 함유량을 가져서 캐리어 특성을 제공한다. 탄소 함량은 바람직하게는, C-H 또는 C-F 결합을 포함하여, 우수한 습윤 배리어인 친수성 필름을 제공한다.
바람직한 실시예의 설명
본 발명은 기판의 표면상에 낮은 유전 상수를 갖는 얇은 공중합체 필름을 형성하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 공중합체 필름은 바람직하게는, p-크실렌 또는 이들의 유도체로부터, 열적으로 불안정한 그룹을 갖는 공단량체와 배합되어 제조된다. p-크실렌 또는 이들의 유도체는 원래 시클릭 다이머의 분해 또는 p-크실렌 전구체의 분해 또는 탈수소화에 의해 형성된다. p-크실렌 및 공단량체는 전형적으로 증착 챔버에 동시에 도입된다.
본원에 사용된 용어 "파릴렌"은 p-크실렌의 유도체 또는 p-크실렌(CH2=C6H4=CH2)을 기재로 하는 열가소성 중합체 또는 공중합체의 일반적인 명칭이다. p-크실렌 중합체는 전형적으로 하기 화학식을 가진다.
-(CH2-C6H4-CH2-)n-
상기 식에서,
n은 분자의 단량체 유닛의 평균 수이다.
직접적으로 측정되진 않았지만, n은 전형적인 파릴렌-N 필름에서 평균 약 5,000으로 측정되었으며, 이는 약 500,000의 측정된 평균 분자량을 갖는 파릴렌-N을 제공한다. 실질적인 분자량은 광범위하게 분포되며, 실질적인 분자량은 측정되지 않는 것으로 여겨진다. 중합체는 p-크실렌 개시제의 양 말단상에 단량체를 첨가하므로써 성장하며, 파릴렌 분자는 용이하게 확인되지 않는 말단 그룹(end group)를 갖는다. 말단 그룹은 특성에 영향을 미치지 않는 것으로 여겨진다. 용어 "파릴렌"은 또한, 중합체 또는 단량체를 할로겐화하므로써 생성된 파릴렌 중합체의 클로로화되거나 플루오르화된 형태를 포함한다.
파릴렌 중합체를 제조하는 전형적인 개시 물질은 안정적인 시클릭 다이머, 디-p-크실렌 또는 할로겐화된 유도체이며, 이는 고체 형태로 구입가능하다. 다이머는 전형적으로 약 100 내지 약 200℃에서 증발되거나 승화되며, 약 600 내지 약 1000℃에서 반응적인 단량체로 분해된다. 다이머는 스페셜티 코팅 인코포레이티드(Specialty Coating, Inc.)과 같은 회사에서 구입가능하다. 일반적으로, 고체 다이머는 미립자 형태, 예를 들어, 조작이 용이한 분말 형태로 구입가능하다. 다이머는 다이머의 이송을 용이하게 하기 위해 캐리어 유체에 액화되거나 용해될 수 있거나, 패킹된 층과 함께 사용될 수 있다.
본 발명은 부산물의 형성을 최소화하기에 충분한 조건하에 적합한 전구체를 분해하므로써, 또는 p-크실렌 또는 이들의 유도체를 탈수소화시키므로써 원래의 p-크실렌 또는 이들의 유도체를 형성하는 방법을 포함한다.
한 실시예에서, 약 1 내지 100 밀리초의 잔류시간에 약 400 내지 900℃의 온도를 갖는 백금 또는 백금 표면상에 p-크실렌 또는 이들의 유도체를 탈수소화하는 장치 및 방법이 제공된다. 또 다른 실시예에서, 특히 약 30 내지 500 밀리토르의 총 압력하에 작동되는 백금 또는 백금 튜브로 p-크실렌 및 캐리어 가스를 연속 유입시키는 방법이 제공된다. 증발되고 가열된 p-크실렌은 촉매 표면상에서 탈수소화되어, 튜브에 존재하는 p-크실렌을 형성한다. p-크실렌 및 선택적인 공단량체는 증기 증착 챔버에서 기판상에 응축되어 0.05 내지 10 마이크론의 두께를 갖는 파릴렌 중합체를 형성한다.
또 다른 대안적인 실시예에서, p-크실렌은 1,4-비스(포르마토메틸)벤젠 (O=CH-O-CH2C6H4CH2-O-CH=O) 또는 1,4-비스(N-메틸아미노메틸) 벤젠 (CH3NHCH2C6H4CH2NHCH3)을 열적 분해에 의해 또는 촉매 분해에 의해 약 400 내지 약 900℃의 온도 및 약 1 내지 100밀리 초의 잔류 시간을 갖는 백금, 팔라듐 또는 니켈 표면상에서 분해되므로써 생성된다. 본 실시예에서, 분해는 튜브 반응기에서 열분해 또는 촉매 공정에 의해 발생한다. p-크실렌 및 하나 이상의 공단량체는 기상 증착 챔버에서 기판상에 응축되어 파릴렌 공중합체 층을 형성한다.
또 다른 실시예에서, 고레벨의 RF 파워를 이용하여 플라스마 에너자이즈된 탈수소화 반응기에서 p-크실렌을 탈수소화시켜, p-크실렌을 제공하는 장치 및 방법이 제공된다. RF 파워는 실온에서 약 10 내지 약 1000W의 RF 파워 상수, 또는 약 20 내지 약 2000W의 펄스화된 RF 파워일 수 있다.
양호한 장치의 설명
공중합체 필름을 증착시키기 위하여 이용되는 장치는 후술되는 대상물에 얇은 중합체 층을 증착시키기 위한 증착 챔버를 포함한다. 공중합체 공정은 캘리포니아주, 산타클라라에 소재하는 어플라이드 머티리얼스, 인코포레이티드(Applied Materials, Inc.)로부터 이용가능한 센튜라TM(CenturaTM) 처리 시스템과 같은 컴퓨터 제어 멀티 챔버 통합 처리 시스템으로 합병되는 것이 바람직하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 가열 부재(15) 및 전원(11)을 갖는 증발기(10)는 고체 시클릭 다이머 또는 액체 p-크실렌과 같은 고체 또는 액체 p-실렌 전구체를 가열 및 증발시키기 위하여 제공된다. 액체 전구체용 바람직한 증발기는 어플라이드 머티어리얼스 인코포레이티드로부터 이용가능한 AMAT 가스 정밀 액체 분사 시스템(GPLIS) 및 AMAT 확대된 정밀 액체 분사 시스템(EPLIS)과 같은 액체 분사 시스템이 적용된다. 액체 분사 시스템은 증발된 p-크실렌 전구체를 계속적으로 공급하기 위하여 정밀한 양의 액체 성분을 증발시킨다. 또한 헬륨과 같은 캐리어 가스는 증발기내에서 고체 또는 액체 전구체의 잔류 시간을 제어하기 위하여 이용된다. 와트로 965 온도 제어기(Watlow 965 Temperature Controller)와 같은 외열 제어기(11)가 이용될 수 있다.
증발된 전구체, 또는 증발된 전구체의 임의 혼합물 및 캐리어 가스는 증발기(10)로부터 게이트 밸브(20)를 통하여 증발된 p-크실렌 전구체가 p-크실렌 또는 유도체를 형성하기 위하여 실질적으로 분해되거나 수소가 제거되는 반응 챔버(30)로 통과한다. 아르곤 또는 질소와 같은 캐리어 가스의 부가 소오스는 전구체의 유동률을 제어하기 위하여 반응 챔버(30)전에 제공된다. 또한, 산소 및 수소의 소오스는 후술되는 반응 챔버의 세척 및 제어를 위하여 제공된다.
증발기(10)에서의 압력은 기압에서 유지될 수 있다. 그러나, 기구 전체(증발기(10), 반응 챔버(30), 및 증착 챔버(60))는 약 30 밀리토르(milliTorr)로부터 약 500 밀리토르의 압력에서 유지되는 것이 바람직하다. 총 압력에서의 약 200 밀리토르로부터 약 500 밀리토르의 범위의 증가는 중합체의 분해률을 증가시키며 증착 챔버에 제공된 단량체 또는 중합체의 양의 향상된 제어를 허용한다. 캐리어 가스는 임의의 불활성 가스가 될 수 있으며 바람직하게는 헬륨, 아르곤, 또는 질소이다.
전술된 압력 범위내에서 작동될 때 증발기(10)의 온도는 증발기 압력에서 p-크실렌이 증발되지 않는 최소 온도 이하로 부터 증발기 압력에서 증발된 물질이 분해되는 최대 온도 이하로 변화한다. 증발기의 작동 온도는 증발되는 전구체 물질에 따라 변화하는 동안, 상기 온도는 약 100℃와 약 200℃ 사이로 유지되는 것이 바람직하다.
증발기(10)에 대한 변경 실시예는 도 4에 도시되며 항온로(386)는 예를 들면 비 증발 전구체 및 증발된 전구체를 포함하는 증발기(10)를 가열한다. 캐리어 가스는 계량 펌프 또는 니들 밸브와 같은 유동 제어기(382)를 통하여 유동되며 증발기(10)에서 비 증발된 전구체를 통하여 거품이 일게 한다. 결합된 캐리어 가스 및 증발된 전구체는 그때 러프 펌프(rough pump)(150)에 의하여 반응 챔버(30) 및 증착 챔버(60)를 통과한다. 질량 흐름 계기(도시안됨)는 증발기(10)로부터 나오는 총 질량을 측정하기 위하여 증발기(10) 및 증착 챔버(60) 사이에 위치한다. 전구체의 유동률은 그때 증발기(10)로 보내진 캐리어 가스의 질량을 추출함으로써 계산될 수 있다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 증발기(10)에 후속하는 제 1 밸브(20)는 수동으로 작동되지만 바람직하게는 자동적으로 작동되며 제 1 밸브(20)를 통한 증발실(10)로부터 가스 흐름 뿐만 아니라 증발 챔버(10)를 통한 임의의 비 반응 캐리어 가스 흐름이 증발된 중합 물질을 포함할 수 있도록 증발 챔버(10)가 중합 물질이 증발하는 온도에 도달한 직후 증발 챔버(10) 및 개방 밸브(20)에서 온도 및 압력을 감지하는 밸브 제어기(21)에 연결된다.
증발기(10)에서 반응 챔버(30)로 연결되는 금속 도관(26)은 응축이 시작되지 않도록 하기 위하여 충분히 높은 온도에서 증발된 전구체를 유지하기 위하여 도관(26) 주위에 싸여진 가열 테이프와 같은 외부 히터에 의하여 가열되는 것이 바람직하다. 통상적으로, 이것은 적어도 약 120℃의 온도가 될 것이다.
p-크실렌 전구체는 수개의 실시예에서 전술된 반응 챔버(30)에서 분해되거나 수소가 제거된다. p-크실렌 또는 유도체를 포함하는 가스/증기 흐름은 그때 반응 챔버(30)로부터 p-크실렌 증기가 도관(46)(도 1에 도시됨)으로부터 증기 형태에서 공단량체와 혼합되는 T형 부재(44)으로 통과한다. 공단량체는 p-크실렌에 대해 상술된 것바와 같이 고체 또는 액체 화합물로부터 증발된다. 증발된 p-크실렌 및 공단량체는 그때 제 2 게이트 밸브(40)를 통하여 입구(50)를 갖춘 밸브(40)를 기판 공정 처리 챔버(60)로 연결되는 도관(48)으로 유동된다. 공중합체는 냉각 장치(184)에 연결되는 지지 부재(180)에 의하여 온도가 바람직하게 조절되는 반도체 기판과 같은 대상물에 응축 및 중합된다. 공단량체의 응축은 통상적으로 약 -30과 30℃ 사이의 온도에서 발생한다.
증착 챔버(60)의 벽은 증착 및 증발된 중합 물질의 중합 반응을 방지하기 위하여 충분히 높은 온도로 유지되는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 증착 챔버의 벽 온도는 히터 제어기(71)의 제어하에 히터(70)에 의하여 유지된다. 잔류 가스/증기 혼합물은 그때 증착 챔버(60)의 압력을 조절하는 밸브 제어기(81)의 제어하에 증착 챔버(60)로부터 스로틀 밸브(80)를 통하여 통과하며, 그때 냉각 장치(100)에 연결된 냉각 트랩(90)을 통하여 통과한다. 잔류 가스는 그때 밸브 제어기(121)에 의하여 제어되는 게이트 밸브(120)를 통하여 러프 펌프(150)로 통과한다. 증착 챔버 벽은 임의의 다른 가열 수단에 의하여 가열될 것으로 예상된다.
본 발명에 의하면, 기판(200)은 폐쇄 시스템에서 공정 처리되는 것이 바람직하다. 그러므로, 분해공정후, 공정 처리실 사이의 로드 락 챔버(load lock chamber)내의 저장 영역에 위치한 증착 챔버(60)로부터 기판이 이동될 것이다. 이것은 예열공정(수용할 수 없는 습기가 픽업된다.)동안 기판을 주위 압력에 노출시키거나 예열(파릴렌 증착 챔버에서 배출률을 감소시킨다.)시키기 위하여 증착 챔버에서 코팅된 기판로부터 이탈됨이 없이 기판이 주위 온도에 도달하는 것을 허용한다. 선택적으로, 예를 들면, 이산화규소(SiO2) 필름의 PECVD 형성을 위한 다른 방으로의 이동과 같은 기판은 진공 환경으로부터 기판을 이동시키지 않고 연속공정을 위하여 로드 락 챔버로부터 다른 챔버로 이동된다.
바람직한 반응 챔버(30)는 도 2 및 도 3에 도시되어 있다. 탈수소 또는 열분해 반응기는 여러 방식으로 구성될 수도 있지만, 반응기는 수증기 재료를 용이하고 균일하게 가열하도록 큰 표면적을 가지며 또한 다이머의 형성을 최소화하기 위해 짧은 거주 시간을 갖는 것이 바람직하다. 도 2에서, 반응 챔버(30)는 도관(26)을 통해 제 1게이브 밸브(20)에 연결되어 있는 나선형 관(32)을 포함하고 있다. 이러한 나선형 관(32)은 p-크실렌의 탈수소를 위해 플라티늄 또는 팔라듐 내부 표면(33)을 가지며, 다른 금속으로 구성될 수도 있다. 촉매 금속은 또한 열분해에 사용될 수 있다. 내부 표면(33)은 바람직하게는 도 3에 도시된 바와 같이 p-크실렌과 접촉을 증가시키기 위해 거칠게 된다. 선택적으로, 반응 챔버(30)는 니켈 또는 몰리브덴 관(즉, 0.5인치의 외경, 6피이트의 길이)의 내부 표면을 플라티늄 또는 팔라듐으로 전기도금하고, 이후 나선형태로 관을 감음으로써 제조될 수 있다.
나선형 관(32)은 나선형 관(32)을 가열하기 위해 가열 와이어가 삽입된 내부 캐비티를 갖춘 세라믹 가열노 또는 가열 테이프(202)로 둘러싸여 있다. 가열 테이프(202) 또는 세라믹 노의 가열 와이어는 약 400℃ 내지 900℃ 사이의 온도를 유지하기 위해, 바람직하게는 약 650℃의 온도를 유지하기 위해, 와이어(35b)에 의해 외부 전원(35a)에 연결되어 있고, 온도 제어기(31)에, 그리고 컴퓨터 제어 수단(340)에 연결되어 있다. 약 500℃ 이상의 온도, 바람직하게는 약 600℃ 이상의 온도는 크실렌의 충분한 탈수소를 보장하고 또한 부산물의 형성을 최소화하기 위한 필수 온도이다.
도 5를 참조하면, 선택적인 반응 챔버(30A)는 p-크실렌과 같은 p-크실렌 전구체에 RF 파워를 인가하기 위한 마이크로파 어플리케이터(32A)가 제공되어 있다. 전구체는 마이크로파 캐비티(38A) 내에 밀봉된 Al2O3또는 SiO2와 같은 RF 투과관(38)을 통과한다. RF 에너지는 마이크로파 캐비티로 공급되고, 관(38)에서는 플라즈마 방전이 일어난다. 증착 챔버(60)로 도입되기 전에 반응 챔버(30) 내로 도입된 기화된 전구체에 약 10W 내지 1000W의 일정한 RF 파워 또는 약 20W 내지 2000W 의 펄스화된 RF 파워를 가하기 위해, RF 전원은 바람직하게는 고주파수 RF 파워 소오스(즉, 약 13 내지 14MHz)를 제공한다.
반응 챔버(30)는 과도한 분해를 피하기 위해 약 1 내지 100 밀리초의 거주 시간을 제공하는 것이 바람직하다. 증착후에, 반응 챔버는 바람직하게는 전구체가 반응 챔버(30) 내에서 과도하게 거주하는 것을 방지하기 위해 질소, 아르곤, 또는 헬륨으로 씻겨진다. 주기적으로, 반응 챔버는 박막 증착 사이의 코킹 증착물(coking deposit)을 제거하기 위해 유동 산소로 처리될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 반응 챔버(30)로부터 유동하는 가스는 금속 T형 부재(44)를 통과하고, 여기서 반응성 p-크실렌 가스는 증착 챔버 내에서 반응성 파릴렌 단량체와 중합반응하는 단량체 또는 다이머와 같은 공단량체와 선택적으로 혼합될 수도 있는데, 이에 대해서는 이하에 기술할 것이다. 제 2게이트 밸브(40)는 밸브 제어기(41)와 컴퓨터 제어 수단(340)에 의해 작동되며, 증착 챔버(60)로의 증기의 유동을 제어한다.
플랜지형 금속 도관(26)과 같은 T형 부재(44)는 바람직하게는 이를 둘러싸고 있는 가열 테이프와 같은 외부 히터에 의해 가열되어서, 중합반응이 시작되지 않도록 반응성 단량체를 충분히 높은 온도로 유지한다. 이러한 온도는 통상적으로 약 150℃ 이상의 온도이다. 공중합성 소오스가 사용될 때, 상기한 증발 챔버(10)와 유사한 제 2증발 챔버가 공중합성 재료를 증발시키기 위해 사용될 수 있다. 이러한 공중합성 재료를 가스 형태로 제공하기 위해 사용되는 장치는 T형 부재(44)에 연결될 수도 있으며, 이에 의해 각각의 가스 반응 공중합 소오스는 증착 챔버(60)내로 도입되기 전에 T형 부재(44) 내에서 서로 혼합된다.
본 발명의 공중합체 필름에 있어서, p-크실렌 단량체의 가스 유동과 혼합되는 공단량체는 약 25몰%까지 혼합될 수도 있다. 부가된 공단량체의 양은 사용된 특별한 공단량체와 박막 성질의 최적화를 기초로 조절된다.
증착 챔버(60)는 바람직하게는 집적 회로를 처리하기 위해 집적된 플랫폼에 대해 사용되도록 형상화된다. 이러한 집적된 플랫폼은 메이단(Maydan)에게 허여된 미국 특허 제 4,951,601호에 개시되어 있으며, 이는 본 발명에서 참조하였다. 파릴렌 증착에 있어서, 챔버(60)의 내부 표면은 반응성 파릴렌 단량체의 중합 온도 이상의 온도, 즉 약 100℃로 유지되거나, 또는 반응성 단량체의 추가 증착이 발생될 수 있는 온도, 즉 약 750℃ 아래의 온도로 유지된다. 일반적으로, 챔버(60)의 온도는 약 100 내지 300℃의 범위내에서 유지될 것이다.
도 6은 본 발명과 연관된 처리 챔버의 일실시예의 단면을 도시하고 있다. 챔버(60)는 일반적으로 처리 영역(62)을 둘러싸는 챔버 몸체(52)를 포함하고 있는데, 여기에는 화학적 전구체가 처리 동안 도입된다. 수직하게 이동가능한 온도 제어된 기판 지지 부재(160)가 챔버 몸체(54)의 하단부를 통해 배치되어서 그 위에 기판(200)을 지지한다. 기판 지지 부재(160)는 냉각 채널(137)을 포함하는데, 유체는 이러한 냉각 채널(137)을 통과하여 지지 부재(160)의 가열 및/또는 냉각을 수행한다. 진공 펌프(130)에 연결된 환형 진공 배출 채널(132)은 공정 영역(62)으로부터 공정 가스를 방출하기 위해 제공된다. 상부 가스 분배 조립체(104)는 가스를 챔버(60)로 이송하기 위해 리드(lid, 106) 상에 배치되어 있다. 이러한 가스 분배 조립체(104)는 가스 피이드스루우(108), 가스 분사 커버 플레이트(170), 블로커 플레이트(112), 및 다중-채널 표면플레이트(faceplate, 200)를 포함하고 있다. 표면플레이트(103)는 가스 분배 조립체(104)의 일부분으로써 챔버(60)와 결합되어 있으며, 이에 의해 표면 플레이트(103)는 처리 영역(62)의 상부 한계를 한정한다. 리드(106)는 표면 플레이트(103)를 장착하고, 가스 분사 커버 플레이트(170)을 지지한다. 플랜지(194) 내에 위치된 O-링(195)은 표면 플레이트의 플랜지와 리드(106) 사이에 밀봉을 제공한다. 커버(148)는 리드(106) 위에 배치되어 있다. 이하에 기술된 표면 플레이트(103)는 제 1 및 제 2전구체 가스가 가스 채널을 통해 처리 영역(62)으로 개별적으로 이송되도록 독특하게 설계되어 있다. 일반적으로, 채널은 표면 플레이트(103)내에 형성된 한 세트의 수직 및 수평 채널을 포함하고 있는데, 이는 1998년 6월 16자로 출원된 미국 특허 출원 제 60/089,413호에 보다 상세하게 기술되어 있으며, 본 발명에서는 이를 참조하였다.
표면 플레이트(103)는 상부면(210), 바닥면(212), 및 환형 주변부 또는 측벽(214)을 포함한다. 제 1 가스 통로는 제 1 수직 채널(643) 세트를 포함하며, 채널은 상부면(210)에 인접한 상부 영역(190)과 바닥면(212)에 인접한 하부 영역(235) 사이에 유체 연통을 제공하기 위해 표면 플레이트(103)를 통해 연장한다. 상부 영역(190)의 상한은 가스 분사 덮개 플레이트(166)에 의해 한정되며, 도 6에 도시되어 있다. 제 2 가스 통로는 수평 채널과 처리 영역(62) 사이에 유체 연통을 제공하는 제 2 수직 채널(66) 세트를 포함한다. 상부면(210)을 통해 수직으로 위치된 중심 가스 입구 또는 노즐(224)은 수평 채널과 유체 연통하며 도 6에 도시된 도관(184)의 하부에 의해 수용된다. 측벽(214)에 원주 방향으로 인접한 환형 링(230)은 수평 채널(222) 세트의 종료점을 밀봉시킨다. 기밀을 보장하기 위해서는, 링(230) 및 측벽(214)은 함께 융합된다. 선택적으로, 수평 채널(222)의 종료점은 개별적으로 막히게 된다.
표면 플레이트(103)는 바람직하게 단일식으로 기계가공되었거나 그렇지 않으면 단일 재료로 제조되며, 구멍의 크기 및 간격은 본 발명에 따라 변화될 수 있어, 공정 챔버 내부로의 균일한 이송이 달성될 수 있다. 단일 재료로서 표면 플레이트의 제조는 분리된 플레이트의 정열로 인한 문제점을 방지하고 플레이트들 사이의 가스의 누설을 방지한다.
가스 공급구(108)는 가스 분사 플레이트(166)를 장착시키고 입구 매니폴드(150), 출구 매니폴드(152), 및 그 사이에 놓여진 하우징(154)을 포함한다. 가스 이송 튜브는 두개의 공정 가스 공급구로 분리하기 위해 하우징(154)을 통해 연장한다. 가스 이송 채널은 반응 챔버(30)로부터 제 1 단량체 공급 라인(116), 및 챔버 몸체(54)의 바닥에서 제 2 단량체 공급 라인(118)에 각각 연결된다.
가스 공급구(108)는 유체 포오트(174)에 연결된 유체 라인(172)과 연통하는 냉각제 유체 입구 채널(176) 및 냉각제 유체 출구 채널(178)을 거쳐 가스 분사 덮개 플레이트(160) 내에 형성된 환형의 유체 통로(180)를 통해 열 전달 유체가 순환한다.
가스 분사 덮개 플레이트(160)를 통해 위치된 중심 보어(182)는 공동축상에 위치된 가스 도관(184)을 수용하며, 제 2 가스 통로(216)에 가스를 전달하며, 제 2 수평 채널(222) 세트를 포함한다. 도관(184)은 도관(184)의 하단부에서 수용된 노즐(224) 내부로 제 2 가스를 이송한다. 도관(184)의 주변부와 중심 보어(182)는 가스 이송 통로(186)를 한정하며, 제 1 수직 채널 세트 내부로 블로커 플레이트(112) 위의 가스를 이송한다. 스크류(196)에 의해 부유된 천공된 블로커 플레이트(112)는 상부 영역(190)내에 수평으로 위치된다. 블로커 플레이트(112)는 가스 도관(184)에 의해 수직으로 삽입되며, 상부 영역(190)을 횡단하며, 상부면(210) 부근에서 종결하여, 도관(184) 및 상부면(210)은 인접하며 O-링(198)에 의해 밀봉된다.
도 6은 냉각제 라인(135)에 의해 기판 지지부재(160)에 연결된 원격 냉각 장치(184)를 도시하고 있다. 물, 에틸렌, 글리콜 등의 액체 냉각제, 또는 그 유사물은 기판 지지 부재(180)에 이송되며, 나선형상의 냉각 채널(137)을 통해 순환되며, 냉각 장치(184)에 역으로 순환된다. 유체의 순환은 기판 지지 부재(160)의 온도를 냉각 장치 제어기(181)에 의해 제어되도록 한다. 효율적인 열 교환을 보장하기 위해, 기판 지지 부재(160)는 바람직하게 알루미늄으로 제조되는데, 이는 알루미늄의 열 전도 특성 및 화학 전조의 부식 효과에 대한 저항성 때문이다. 도 6은 기판 수용면(180) 내에 형성된 다수의 홈(138)을 도시하고 있다. 기판 후면의 진공은 홈(138)과 연통하는 기판 지지 부재(160)에 진공 펌프(52)를 부착함으로써 달성된다.
일반적으로, 공정 가스의 각각에 대한 공정 가스 공급 라인은 (i)챔버 내부로 공정 가스의 유동을 자동으로 또는 수동으로 차단하기 위해 사용가능한 (도시되지 않은) 안전 차단 밸브, 및 (ii)가스 공급 라인을 통해 가스 유동을 측정하는 (도시되지 않은) 질량 유동 제어기를 포함한다. 독성 가스가 공정 내에 이용될 때, 일부 안전 차단 밸브는 종래의 배치로 각각의 가스 공급 라인 상에 위치된다.
작동중에, 기판(200)은 (도시되지 않은)외부 로봇에 의해 기판 지지 부재(160) 상에 위치된다. 제 1 가스는 제 1 수직 통로(64)를 통해 발송되며, 제 2 가스는 제 2 수직 통로(66)를 통해 발송된다. 제 1 가스는 블로커 플레이트(112) 위의 상부 영역(190) 내부로 이송된다. 블로커 플레이트(112)는 초기 분산 가스로 작동하여, 제 1 가스가 상부 영역(190)으로 퍼지며 블로커 플레이트(112)의 상부면 위로 확산되도록 한다. 이때, 제 1 가스는 블로커 플레이트(112) 내의 천공을 통해 이동하며, 상부면(210) 상에 균일하게 부딪히며, 궁극적으로 제 1 및 제 2 수직 채널(64,66)을 통해 이동한다.
소정의 중합체가 파릴렌 등의 기판(200) 상에 형성되는 경우에는, 기판 지지부재(160)는 단량체의 응축 온도 이하의 온도에서 유지되어야 한다. 즉, p-크실렌의 경우, 기판 지지부재(160)는 대략 40℃, 바람직하게 냉각장치 제어기(181)의 제어하에서 냉각장치(184)를 이용하여 대략 -30℃ 내지 30℃의 범위를 초과해서는 안된다. 가스상 혼합물이 예를 들어 반도체 기판(200)의 냉각 표면과 접할 대, 반응성 P-크실렌 단량체의 중합 반응과, 또는 기판의 표면 예를 들어, 반도체 기판(200)의 표면상에 소정의 절연 파릴렌 필름 또는 파릴렌 공동중합체의 형성을 초래하는 (존재한다면) 다른 반응성 중합체의 공중합반응이 개시된다.
도 1을 참조하면, 챔버 벽 상에 파릴렌 필름의 증착을 방지하기 위해, 히터(70)는 바람직하게 챔버 측벽 내에 (도시되지 않은) 통로를 통해 에틸렌 글리콜 및 이온이 제거된 물의 중량에 의해 1:1 혼합물과 같은 열 교환 유체를 제공한다.
일반적으로, 챔버 라이닝, 가스 유입 매니폴드 표면 플레이트, 및 여러 반응기 하드웨어의 대부분은 알루미늄 또는 양극산화처리된 알루미늄과 같은 재료로 제조된다. 이러한 CVD 장치의 일예는 왕(Wang) 등에게 허여되고 어플라이드 머트리얼스사로 양도된 제목이 "열 CVD/PECVD 반응기 및 실리콘 이산화물의 열 CVD의 사용, 및 정위치 다단계 평면화 공정"인 미국 특허 제 5,000,113호에 개시되어 있다. 이 특허는 본 발명에서 참조하였다.
가스 유동 및 RF 파워 소오스(61)는 제어 라인(360) 위의 컴퓨터 제어 수단(340)에 의해 제어된다. 챔버는 메모리(380), 바람직하게는 하드 디스크 드라이브내에 저장된 시스템 제어 소프트웨어를 수행하는 제어 수단(340)에 의해 제어되는 RF 발생기 및 질량유동 제어기(mass flow controller, MFC)와 같은 아날로그 조립체를 포함한다.
도 1을 참조하면, 증발된 단량체와 선택적인 캐리어 가스의 혼합물이 챔버(60)내로 유동한 후, 예컨대 파릴렌 공중합체가 반응성 p-크실렌 단량체와 다중비닐 실리콘 단량체의 응축 및 중합에 의해 기판(200)의 표면 상에 증착된다. 단량체는 단량체의 상대 농도 및 중합 반응 속도에 따라 상이한 비율로 기판의 표면 상에 중합된다. 선택적인 캐리어 가스의 나머지 부분과 잔존하는 비반응 단량체 증기는 이후 챔버(60) 밖으로 배출된 후, 스로틀 밸브(80)를 통해 냉각 트랩(90)으로 이송된다. 스로틀 밸브(80)의 목적은 챔버(60) 내에 원하는 압력을 유지하는 것이다. 증착/중합 반응은 통상적으로 증착 챔버(60)내의 압력이 약 30millitorr 내지 0.5Torr로 유지되는 동안 수행된다. 단량체가 p-크실렌인 경우, 약 0.5Torr 이상의 압력이 하부 결정성 박막의 증착을 유발하기 때문에, 챔버(60)의 압력은 30mTorr 내지 0.5Torr 사이로 유지된다. 증착 챔버(60)의 압력이 설정 압력을 벗어날 때, 압력 센서에 연결된 스로틀 밸브(80)는 압력 강하를 위해 개방되거나 압력 상승을 위해 폐쇄된다.
도 7을 참조하면, 스로틀 밸브(80)는 원한다면 비반응성 가스, 즉 아르곤, 헬륨, 또는 질소가 챔버(60)로부터 스로틀 밸브(80)를 통해 냉각 트랩(90)으로 부가되는 것을 허용하도록 개조될 수도 있다. 일반적으로, 이러한 냉각 트랩(90)으로의 부가 가스 흐름은 제어기(340)의 제어 하에서의 챔버 부피에 따라 약 50sccm의 흐름을 포함할 것이다. 부가된 비반응성 가스의 목적은 증착 챔버(60)를 통한 반응성 단량체와 캐리어 가스의 가스 스트림의 흐름을 제어하는 것으로, 다시 말하면 거주 시간을 제어하는 것이며, 또한 챔버(60)를 통해 흐르는 가스 스트림으로부터 열을 보다 완전하게 배출하는 것이며, 또한 보다 완전한 중합 반응, 즉 냉각 트랩(90)에서 배출되어야 하고 챔버(60)로부터 배출되는 비반응된 중합성 재료의 양을 보다 최소화시키는 것이다.
스로틀 밸브(80)를 통과하는 증기 및 가스는 이후 대기보다 낮은 압력으로 챔버(60)를 유지할 수 있는 진공 펌프(150)(도 1 참조)에 연결된 냉각 트랩(90)으로 유입된다. 그렇지만, 반응하지 않은 단량체 및 다른 공중합성 재료가 진공 펌프(150)로 유입되는 것이 아니라 냉각 트랩(90) 내의 가스 스트림으로부터 제거된다는 점이 중요하다. 냉각 트랩(90)은 가스 스트림으로부터 단량체 또는 중합체를 포획하고 제거하기 위해 스로틀 밸브(80)의 하류 측부에 연결된 예컨대 표준 노르칼 냉각 트랩(standard Norcal cold trap)과 같은 종래의 상업용 냉각 트랩을 포함할 수도 있다.
냉각 트랩(90)의 하류 측부에는 게이트 밸브(120)가 연결되어 있는데, 이러한 게이트 밸브를 통해 가스 스트림내의 잔류 가스가 러프 진공 펌프(150)를 통과하여 원하는 저압을 유지하게 된다. 도 1 및 도 10에 도시된 바와 같이, 냉각 트랩(90)은 또한 게이트 밸브(110)를 통해 터보 펌프(130)에 연결되며, 이후 고립 밸브(140)를 통해 러프 진공 펌프(150)에 연결된다. 챔버(60)가 상기한 반응성 p-크실렌 단량체의 중합 증착을 위한 증착 챔버로서 사용될 때, 밸브(110,140)는 닫혀지며, 밸브(120)는 러프 진공 펌프를 냉각 트랩(90)에 직접 연결하도록 개방된다. 그렇지만, 동일한 챔버가 플라즈마 에칭 챔버로서 사용되거나 또는 이전에 기술된 바와 같은 챔버의 플라즈마 정화와 같은 높은 진공을 요구하는 다른 공정에 사용된다면, 게이트 밸브(120)는 차단되며, 게이트 밸브(110)와 고립 밸브(140) 모두는 냉각 트랩(90)과 러프 진공 펌프(150) 사이의 스트림에 고진공 터보 펌프(130)가 위치하도록 개방된다.
반응성 단량체를 증착시킨 후 처리 챔버(60)를 정화시키기 위해, 산소가 100 내지 1000sccm의 비율로 챔버 내로 도입될 수 있으며, 챔버의 정화를 효율적으로 행하기 위해 지지 부재에 750 내지 1200W의 RF 바이어스를 인가한다.
도 6을 참조하면, 컴퓨터 제어기(340)는 CVD 챔버의 모든 활동을 제어하며, 제어기(340)의 바람직한 실시예는 하드 디스크 드라이브, 플로피 디스크 드라이브, 및 카드 랙을 포함한다. 카드 랙은 단일 보드 컴퓨터(single board computer, SBC), 아날로그 및 디지털 입력/출력 보드. 인터페이스 보드, 및 스텝퍼 모터 제어기 보드를 포함한다. 시스템 제어기는 보드, 카드 케이지, 및 연결기의 칫수와 형태를 한정하는 베사 모듈러 유러핀(Versa Modular Europeans, VEM) 표준에 부합한다. VME 표준은 또한 16-비트 데이터 버스와 24-비트 데이터 어드레스 버스를 갖는 버스 구조를 한정한다. 제어기(340)는 하드 디스크 드라이브(380) 상에 저장된 컴퓨터 프로그램의 제어하에서 작동한다. 컴퓨터 프로그램은 타이밍, 가스의 혼합, RF 파워 레벨, 기판 지지 부재, 및 특정한 공정의 다른 인자를 지시한다. 사용자와 시스템 제어기 사이의 인터페이스는 일반적으로 CRT 모니터 및 라이트 펜(light pen)을 통해 이루어진다.
공정은 예컨대 컴퓨터 제어기(340)로 운용되는 컴퓨터 프로그램 제품(400)을 사용하여 수행될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 코드는 예컨대 68000 어셈블리 언어, C, C++, 또는 파스칼과 같은 종래의 판독가능한 컴퓨터 프로그래밍 언어로서 쓰여질 수 있다. 적절한 프로그램 코드는 종래의 텍스트 편집기를 사용하여 단일 파일 또는 다중 파일로 입력되고, 컴퓨터의 메모리 시스템과 같은 사용가능한 컴퓨터 미디엄 내에 저장된다. 입력된 코드 텍스트가 고레벨 언어인 경우, 코드는 컴파일되고, 컴파일 코드는 이후 예비컴파일된 윈도우 라이브러리 루틴의 목적 코드와 연결된다. 연결된 컴파일 목적 코드를 수행하기 위해, 시스템 사용자는 목적 코드를 불러내어서, 컴퓨터 시스템이 메모리 내의 코드를 로드하도록 하고, 이들로부터 CPU는 프로그램 내에서 인식된 태스크를 수행하기 위해 코드를 해독하고 수행한다.
도 8은 컴퓨터 프로그램(400)의 계층적 제어 구조의 사시적인 블록 다이아그램을 나타낸다. 사용자는 라이트펜(lightpen) 인터페이스로 사용하여 CRT모니터상에서 지연된 메뉴 또는 스크린에 대응하여 처리 선택기(420)속으로 처리 세트 수 및 처리 챔버 수를 입력한다. 처리 세트들은 특정화된 공정을 수행하는데 필요한 처리 매개변수의 세트로 예정되며, 미리형성된 세트 수에 의해서 식별하게 된다. 상기 처리 선택기 서브루틴(420)은 소정의 공정 챔버, 및 상기 공정을 수행하기 위해 처리 챔버를 작동시키는데 필요한 소정의 공정 매개변수를 식별한다. 특정 공정을 수행하기 위한 처리 매개변수는 공정 가스 구성 및 유량, 온도, 압력의 공정조건, 전력레벨 및 자기장 동력레벨, 냉각가스 압력 및 챔버 벽 온도의 플라즈마 조건등이 있으며, 레세피(recipe)의 형태로 사용자에 의해서 제공된다.
상기 처리를 모니터 하는 신호들은 제어 수단(340)의 아날로그 입력 및 디지탈 입력 보드에 의해서 제공되고, 공정을 제어하기 위한 신호들은 제어 수단(340)의 아날로그 출력 및 디지탈 출력 보드에 의해서 제공된다.
처리 시퀸서 서브루틴(430)은 다양한 공정 챔버들의 작동을 제어하기 위해, 그리고 처리 선택기 서브루틴(420)으로 부터 처리 매개변수의 세트 및 식별된 처리 챔버를 수용하기 위한 프로그램 코드를 구비한다. 다수의 이용자들이 처리 세트 수 및 처리 챔버 수를 입력할 수 있고, 한 이용자가 다수의 처리 세트 수 및 처리 챔버 수를 입력할 수 있으므로, 시퀸서 서브루틴(430)은 소정의 연속작업으로 선택된 공정을 스캐줄하도록 작동된다. 양호하게도, 시퀸서 서브루틴(430)은 챔버가 사용중인 경우 결정해야할 처리 챔버의 작동을 모니터하는 단계와, 사용중인 챔버에서 무슨 처리이 수행될지를 결정하는 단계와, 수행되어지는 처리의 형태 및 처리 챔버의 유용성을 기초로 하여 소정의 처리을 수행하는 단계를 수행하기 위한 프로그램 코드를 포함한다. 처리 챔버들을 모니터링하는 종래의 방법은 폴링(polling)등이 있다. 어떠한 처리가 수행될지를 스케쥴링할때, 시퀸스 서브루틴(430)은 선택된 처리을 위한 소정의 처리 상태와 비교되는 처리 챔버의 현상태, 또는 특정 사용자의 나이(age), 또는 스케쥴링 프리아리티를 결정하는데 필요한 시스템 프로그램등의 여러 요소들을 고려하여 설계된다.
어느 고정 챔버 및 처리 세트 조합물이 수행될지를 시퀸스 서브루틴(430)이 결정 할때, 시퀸스 서브루틴(430)은 다수의 챔버 관리자 서브루틴(440)중의 하나에 특정 처리 세트 매개변수를 통과시키므로서 처리 세트의 수행을 일으킨다. 상기 서브루틴(440)은 시퀸스 서브루틴(430)에 의해 결정되는 처리 세트에 따라 처리 챔버(60)에서 여러 가지의 처리을 제어한다. 챔버 관리자 서브 루틴(440)은 다수의 챔버 구성요소의 서브루틴의 작업을 제어하고, 상기 다수의 서브루틴들은 증발기(10), 반응 챔버(30), 냉각 트랩(90)을 포함하는 선택된 처리 세트를 수행하는데 필요한 챔버 구성요소들의 작동을을 제어한다. 예를들어, 챔버 구성요소의 서브루틴들은 증발기 제어 루틴(450), 처리 가스 제어 루틴(460), 압력 제어 루틴(470), 히터 제어 루틴(480) 및 p-크실렌 챔버 제어 루틴(490)으로 구성된다. 본 기술분야의 통상의 전문가들은 다른 챔버 제어 루틴들이 무슨 처리을 필요로 하는지를 용이하게 인지할 수 있다. 작동중에, 챔버 관리자 서브루틴(440)은 수행될 특정 처리에 따라 처리 구성요소의 서브루틴들을 선택적으로 스케쥴하거나 요청한다. 챔버 관리자 서브루틴(440)은 처리 시퀴스(430)가 어떤 처리 장비 및 처리 세트가 다음에 수행될지를 스케쥴하는 방법이 비슷한 처리 구성요소의 서브루틴을 스케쥴한다. 통상적으로, 챔버 관리자 서브 루틴(440)은 다수의 챔버 구성요소들을 모니터하는 단계와, 수행될 처리 세트용 처리 매개변수를 기초로 하여 작동될 필요가 있는 구성요소를 결정하는 단계와, 상기 모니터하는 단계 및 결정하는 단계에 대응하는 챔버 구성요소의 서브루틴의 수행을 일으키는 단계로 구성된다.
처리 가스 제어 서브루틴(460)은 처리 가스 구성요소 및 유량을 제어하는 프로그램 코드를 구비한다. 처리 가스 제어 서브 루틴(60)은 안전 차단 밸브의 개폐 위치를 제어하고, 소정의 가스 유량을 얻기 위해 거대한 유동 제어기들을 상하 램프시킨다. 처리 가스 제어 서브루틴(460)은 챔버 관리자 서브루틴(440)에 의해서 야기되고, 모든 챔버 구성요소의 서브루틴으로 이루어지고, 소정의 가스 유량에 관련된 챔버 관리자 서브루틴 처리 매개변수로 부터 수용된다. 통상적으로, 처리 가스 제어 서브루틴(460)은 가스 공급 라인을 개방시키고, 그리고, 반복적으로 필수적인 거대한 유량 제어기들을 판독하고, 챔버 관리자 서브루틴(440)으로 부터 수용된 소정의 유량에 대해 판독값을 비교하고, 필요한 만큼 가스 공급 라인의 유량을 조절하는 단계에 의해서 작동된다. 더욱이, 처리 가스 제어 서브루틴(460)은 가스 불안정된 상태에 대해 유량을 조정하고, 불안정된 상태가 탐지될때 안전 차단 밸브를 작동하는 단계로 구성된다.
아르곤과 같은 불활성 가스는 반응 처리 가스들이 챔버속으로 안내되기 전에 챔버에서 압력을 안정화시키기 위해 양호하게 유동한다. 이러한 처리들을 위해 처리 가스 제어 루틴(460)은 챔버에서 압력을 안정화하는데 필요한 시간으로 불활성 가스를 챔버(60)속으로 유동하는 단계와, 상술된 단계들이 수행되는 단계로 구성된다. 추가적으로, 처리가스가 증발기(10)에서 예를들어 p-크실렌이 발생될때, 처리 가스 제어 서브루틴(460)은 증발기 제어 서브 루틴(450)으로 부터 캐리어 유동을 얻기 위해 기록된다.
압력 제어 서브루틴(470)은 챔버의 배기 시스템에서 스로틀 밸브(80)의 개구 사이즈를 조정하므로서 챔버(60)에서 압력을 제어하는 프로그램 코드를 구비한다. 스로틀 밸브(80)개구의 크기는 배기 시스템을 위한 펌핑 설정점 압력, 처리 챔버의 크기, 전체 처리 가스 유동에 대한 소정의 레벨에 대한 챔버 압력을 제어하기 위해 설정된다. 압력 제어 서브루틴(470)이 일어날때, 소정의 압력 레벨은 챔버 관리자 서브루틴(440)으로 부터 매개변수로서 수용된다. 압력 제어 서브루틴(470)은 챔버에 연결된 하나 이상의 종래 압력 매개변수들을 판독하므로서 챔버(60)에서의 압력을 측정하고, 소정의 압력과 측정치를 비교하고, 소정의 압력에 대응하는 저장 압력 테이블로부터 PID(비례, 적분 및 미분)값을 얻고, 압력 테이블로부터 얻은 PID값을 따라 스로틀 밸브(80)를 조절하도록 작동된다. 선택적으로, 압력 제어 서브 루틴(470)은 챔버(60)의 압력을 소정의 압력으로 조정하기 위해 특정 개구 크기로 스로틀 밸브(80)를 개폐하도록 기록된다.
히터 제어 서브루틴(480)은 챔버(60)의 온도를 제어하기 위한 프로그램 코드를 포함한다. 히터 제어 서브루틴(480)는 챔버 관리자 서브루틴(440)에 의해 발동되어 타겟, 또는 설정점, 온도 매개변수를 수신한다. 히터 제어 서브루틴(480)은 챔버(60)내에 위치된 열전쌍의 전압 출력을 측정함으로써 온도를 측정하고 측정된 온도를 설정점 온도와 비교하고 램프 모듈(260)에 가해진 전류 및 다른 가열 성분을 증가 또는 감소하여 설정점 온도를 얻는다. 온도는 저장 전환 테이블내의 대응 온도를 찾아서 또는 4차 다항식을 사용해서 온도를 계산함으로써 측정된 전압으로부터 얻는다.
상술한 CVD 시스템 설명은 주로 설명을 목적으로 한 것이고 다른 CVD 장비를 사용할 수 있다. 추가로, 기판 지지 디자인, 히터 디자인, RF 파워 연결부의 위치 및 다른 여러가지의 변화와 같은 상술한 시스템의 변화도 가능하다.
본 발명은 추가로 특정 실시예를 설명하는 아래의 가상의 예에 의해 설명되어 있다.
3-층 갭 필링 공정내의 나노 다공성 공중합체 층의 증착
본 발명의 나노-공중합체 층은 도 9에 도시한 바와 같이 3층 갭 필링 공정으로 사용될 수 있다. 도 9를 참조하면, 웨이퍼는 증착 챔버내에 위치되고(500), 실리콘 산화계 층은 디메틸실란 및 산화질소와 같은 반응 실리콘 함유 화합물을 포함하는 플라즈마로부터 PECVD 공정에 의해 증착된다(505). 증착 단계(505)는 종래 기술에 알려진 방법에 따라서 용량적으로 결합된 플라즈마 또는 유도적으로 그리고 용량적으로 결합된 플라즈마를 포함할 수 있다. 헬륨과 같은 불활성 가스는 플라즈마 발생을 돕기 위해서 PECVD 증착내에 흔히 사용된다. 그 다음으로, 본 발명의 나노-다공성 공중합체 층은 p-크실렌 또는 이의 유도체와, 불안정한 그룹을 함유하는 공단량체를 농축함으로써 그리고 증착된 공중합체 층의 제어 경화함으로써 라이너 층상에 필층으로서 증착된다(510). 그리고 나서 캡층은 적합하게 라이닝 층을 증착하기 위한 동일한 공정을 사용해서 공중합체상에 증착된다(515). 그리고 나서 웨이퍼는 증착 챔버로부터 제거된다(520).
도 10a - 10e를 참조하면, 3층 갭 필 공정은 산화된 반응 실리콘 함유 화합물의 PECVD 라이닝 층(300)을 제공한다. 라이닝 층(300)은 연속적인 나노-다공성 공중합체 층(302)과 아래 기판 표면(304)과 기판 표면상에 형성된 금속라인(306, 308, 310)사이의 격리층으로서 작용한다. 나노-다공성 공중합체 층(302)은 산화된 반응성 실리콘 함유 화합물의 PECVD 캡 층(312)에 의해 덮여진다. 이 공정은 컴퓨터 프로그램을 사용해서 실시되고 제어된다.
도 10a를 참조하면, PECVD 라이닝 층(300)은 디메틸실란((CH3)2SiH2)와 같은 반응성 실리콘 함유 화합물, N2O와 같은 산화가스와 헬륨과 같은 캐리어 가스를 도입함으로써 증착된다. 기판은 약 -20 내지 약 400℃의 온도로 유지되며, 적합하게 PECVD 라이닝 층의 증착시 약 15 내지 20℃의 온도로 유지된다. PECVD 라이닝 층(300)은 약 5sccm 내지 약 500sccm의 유량으로 반응성 실리콘 함유 화합물과 약 5sccm 내지 2000sccm의 유량의 산화가스의 혼합물을 포함하는 처리가스로 증착된다. 처리가스는 약 0.2 내지 약 20 Ipm의 유량으로, 필름과 전형적으로 합체하지 않은 He, Ar, Ne와 같은 불활성 가스, 또는 질소와 같은 상당한 불활성 가스에 의해 운반된다. 처리가스는 약 0.2 토르 내지 약 20 토르, 적합하게 10토르 이하의 압력에서 반응하여, 기판 표면(304)과 금속 라인(306, 308, 310)상의 등각의 실리콘 산화계 층을 형성한다. 반응은 0.05 W/cm2내지 1000W/cm2적합하게 1W/cm2이하, 가장 적합하게 약 0.1 내지 약 0.3W/cm2범위의 파워 밀도를 가진 플라즈마이다.
8인치 싱글 웨이퍼 챔버에 대해서, 약 13.56 MHz의 고주파 RF 소오스는 적합하게 가스 분포 시스템에 연결되고 약 10 내지 200W로 구동되며, 반면 350KHz의 저주파 RF 소오스는 선택적으로 서셉터에 연결되고 약 0 내지 약 100W로 구동된다. 양호한 실시예에서, 고주파 RF 소오스는 일정한 RF 파워의 약 10W 내지 150W에서 또는 펄스화된 RF 파워의 20W 내지 250W에서 구동된다. 저주파 RF 소오스는 펄스화된 RF 파워의 0W 내지 50W에서 구동된다.
그 다음에, 산화된 라이너 층은 감압상태에서 약 300℃ 내지 약 450℃의 온도에서 경화된다. 선택적으로, 경화는 추가의 절연층의 증착후에 실시될 수 있다.
상술한 처리 상태는 도 6b에 도시한 갭 필링층(302)의 연속적인 증착에 대한 PECVD 라이닝 층(300)(분당 약 2000Å)의 증착을 야기한다. 디메틸실란으로부터 얻은 라이링 층은 소수성이 되기에 충분한 C-H 본드를 가지며, 우수한 습윤 배리어이다.
나노 다공성 공중합체 층(302)용 처리가스는 p-크실렌, 열적으로 불안정한 폴리비닐 공단량체, 및 헬륨과 같은 불활성 캐리어 가스를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 처리가스의 유량은 p-크실렌에 대해서는 5 내지 200sccm, 공중합체에 대해서는 2 내지 120sccm, 및 헬륨에 대해서는 50 내지 200sccm 범위가 바람직하다. 가장 바람직한 가스 유량은 p-크실렌에 대해서는 15 내지 60sccm, 공중합체에 대해서는 7 내지 28sccm, 및 헬륨에 대해서는 50 내지 200sccm 범위이다. 이들 유량은 대략 5.5 내지 6.5리터의 체적을 갖는 챔버에 대한 것이다. 바람직하게, 증착 채버는 공중합체 층(302)의 증착중 약 0.1 내지 약 0.5torr의 압력으로 유지된다. 상기 공중합체 층(302)은 도 10d에 도시한 바와 같은 캡 층(312)의 증착 이전에 기포를 형성하기 위해 도 10c에 도시한 바와 같이 경화되는 것이 바람직하다. 경화는 대기압 이상의 불활성 가스 분위기 하에서 가열함으로써 반응로(10)내에서 수행된다.
상기 공중합체 층은 폐쇄된 셀구조로 경화된 필름내에 유지되어 있는 분산된 기포로 상기 불안정한 유기물족을 전환시키도록 점진적인 승온하에서 경화되는 것이 바람직하다. 바람직한 경화공정은 상기 온도를 약 50℃/분 단위로 약 400℃의 최종 온도까지 점진적으로 상승시키는 단계를 포함하는 약 10분 주기로 가열하는 단계를 포함한다. 기포의 분산은 온도/시간 프로필을 변화시키고 증착된 필름내부의 불안정한 유기물족의 농도를 제어함으로써 제어될 수 있다.
도 10d를 참조하면, 공중합체 층(302)의 증착후에 상기 장치는 캡층(312)의 증착을 위한 반응성 실리콘 함유 성분의 증착을 선택적으로 시작한다. 도 10e를 참조하면, 상기 캡 층의 증착후에 상기 증착된 층은 잔여 가스나 증기를 몰아내기 위해 약 200 내지 450℃의 온도에서 노 또는 다른 챔버내에서 경화될 수 있다. 물론, 처리조건은 분산된 필름의 소정의 특성에 따라 변화될 것이다.
가상 예 1(1,3-비스(디아조시클로펜타디에닐메틸)디실록산)
본 발명의 방법을 더 설명하기 위해, 8인치 직경의 실리콘 웨이퍼가 도 1 내지 도 8에 도시한 것과 거의 동일한, 미국 캘리포니아 산타 클라라 소재의 어플라이드 머티어리얼스 인코포레이티드에 의해 상업화된 CxZ 또는 DxZ 증착챔버내에 약 50℃의 온도로 유지된 고정식 기판 지지대에 장착된다. 약 30그램의 시클릭 p-크실렌 다이머가 증발기(10) 내측에 위치되며 상기 증발기는 약 150 내지 200℃로 가열된다. 그후, 상기 증발기(10)를 반응 챔버(30)과 분리하는 게이트 밸브(20)가 개방되고, 다이머 증기들이 질량 유동 제어기를 통해 약 650℃의 온도 예열된 증착 챔버 튜브(32)로 유동하게 된다. 반응 챔버(30)의 출구측 게이트 밸브(40)가 개방되고 챔버(30)내에 형성된 증발된 반응성 p-크실렌이 약 40sccm의 비율로 증착챔버(60)로 흐른다. 상기 증착챔버(60)의 뚜껑은 약 150℃의 온도로 유지되고 챔버(60)의 벽들은 약 100℃로 유지된다. 그후, 1,3-비스(디아조시클로펜타디에닐메틸)디실록산이 15sccm의 비율로 챔버(60) 내측으로 유입된다. 약 50sccm의 질소와 약 25sccm의 배면측 헬륨이 증착중 증착챔버(60)로 유입되며 상기 밸브(80)는 증착챔버내부를 120 torr의 압력으로 유지하도록 설정된다. 반응성 p-크실렌 단량체 및 공단량체 증기는 실리콘 웨이퍼와 접촉하여 그위에서 공중합체로 된다. 약 2 내지 3분 후에, 반응성 단량체 증기의 유동이 증발기(10)와 반응챔버(30) 사이의 제 1 게이트 밸브(20)의 차단에 의해 차단되며, 그후 챔버로부터 모든 단량체 증기를 제거하도록 질소를 챔버(30)에 펌핑하고 제 2 게이트 밸브(40)를 차단한다. 그후 웨이퍼(200)가 챔버(60)로부터 제거된다.
가상 예 2(디아조퀴노일메틸디알릴실란)
본 발명의 방법을 더 설명하기 위해, 8인치 직경의 실리콘 웨이퍼가 도 1 내지 도 8에 도시한 것과 거의 동일한, 미국 캘리포니아 산타 클라라 소재의 어플라이드 머티어리얼 인코포레이티드에 의해 상업화된 CxZ 또는 DxZ 증착챔버내에 약 50℃의 온도로 유지된 고정식 기판 지지대에 장착된다. 약 30그램의 사이클릭 p-크실렌 다이머가 증발기(10) 내측에 위치되며 상기 증발기는 약 150 내지 200℃로 가열된다. 그후, 상기 증발기(10)를 반응 챔버(30)과 분리하는 게이트 밸브(20)가 개방되고, 다이머 증기들이 질량 유동 제어기를 통해 약 650℃의 온도 예열된 증착 챔버 튜브(32)로 유동하게 된다. 반응 챔버(30)의 출구측 게이트 밸브(40)가 개방되고 챔버(30)내에 형성된 증발된 반응성 p-크실렌이 약 40sccm의 비율로 증착챔버(60)로 흐른다. 상기 증착챔버(60)의 뚜껑은 약 150℃의 온도로 유지되고 챔버(60)의 벽들은 약 100℃로 유지된다. 그후, 디아조퀴노일메틸디알릴실란이 15sccm의 비율로 챔버(60) 내측으로 유입된다. 약 50sccm의 질소와 약 25sccm의 배면측 헬륨이 증착중 증착챔버(60)로 유입되며 상기 밸브(80)는 증착챔버내부를 120 torr의 압력으로 유지하도록 설정된다. 반응성 p-크실렌 단량체 및 공단량체 증기는 실리콘 웨이퍼와 접촉하여 그위에서 공중합체로 된다. 약 2 내지 3분 후에, 반응성 단량체 증기의 유동이 증발기(10)와 반응챔버(30) 사이의 제 1 게이트 밸브(20)의 차단에 의해 차단되며, 그후 챔버로부터 모든 단량체 증기를 제거하도록 질소를 챔버(30)에 펌핑하고 제 2 게이트 밸브(40)를 차단한다. 그후 웨이퍼(200)가 챔버(60)로부터 제거된다.
본 발명의 양호한 실시예에 대해서만 설명하였지만, 본 발명의 기타 실시예들이 본 발명의 기본 사상으로부터 벗어나지 않고 창안될 수 있다. 본 발명의 범주는 다음의 청구범위에 의해 결정된다.
본 발명으로 유전상수가 낮은 p-크실렌 공중합체 필름을 제조할 수 있어 집적 회로 성능을 추가로 개선시킬 수 있다.

Claims (14)

  1. p-크실렌, 또는 이의 유도체 및 열적 불안정한 기를 가지는 공단량체를 기판의 표면 상에서 축합시키는 단계,
    축합된 p-크실렌과 공단량체를 공형 공중합체 층에 불안정한 그룹을 보유하는 온도에서 반응시키는 단계, 및
    불안정한 그룹을 분산된 기체 기포로 전환시키기에 충분에 온도에서 공중합체 층을 경화시키는 단계를 포함하여 저유전율의 필름을 증착시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 공단량체가 디아조시클로펜타디에닐, 디아조퀴노일, 포르밀옥시 또는 글리옥실로일옥시 그룹을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 공단량체가 비스(디아조시클로펜타디에닐알릴)실란, 1,3-비스(알릴디아조시클로펜타디에닐메틸)디실록산, 디아조퀴노일메틸디알릴실란, 디이소프로페닐디포르밀오르토실리케이트, 디알릴디글리옥실로일옥시실란, 1,3-디알릴테트라포르밀옥시디실록산, 2,4,6,8-테트라비닐테트라포르밀옥시시클로테트라실록산, 시클로-1,3,5-트리스(비닐메틸실라노)-2,4,6-트리스(포르메이토메틸렌), 시클로-1,3,5,7-테트라(비닐메틸실라노)-2,6-디옥시-4,8-비스(글리옥실로일메틸렌) 및 이의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, p-크실렌이 40℃ 미만의 온도에서 증착됨을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 공중합체 필름이 300℃ 이상의 최종 온도에서 경화됨을 특징으로 하는 방법.
  6. 하나 이상의 반응성 규소 함유 화합물 및 산화 기체를 함유하는 처리 기체로부터 패턴화된 금속층을 가지는 기판상에 공형 라이닝 층을 증착시키는 단계,
    p-크실렌, 또는 이의 유도체 및 열적 불안정한 기를 가지는 공단량체를 기판의 표면 상에서 축합시키는 단계,
    축합된 p-크실렌과 공단량체를 공형 공중합체 층에 불안정한 그룹을 보유하는 온도에서 반응시키는 단계, 및
    불안정한 그룹을 분산된 기체 기포로 전환시키기에 충분에 온도에서 공중합체 층을 경화시키는 단계를 포함하여 저유전율의 필름을 증착시키는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 공단량체가 디아조시클로펜타디에닐, 디아조퀴노일, 포르밀옥시 또는 글리옥실로일옥시 그룹을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 공단량체가 비스(디아조시클로펜타디에닐알릴)실란, 1,3-비스(알릴디아조시클로펜타디에닐메틸)디실록산, 디아조퀴노일메틸디알릴실란, 디이소프로페닐디포르밀오르토실리케이트, 디알릴디글리옥실로일옥시실란, 1,3-디알릴테트라포르밀옥시디실록산, 2,4,6,8-테트라비닐테트라포르밀옥시시클로테트라실록산, 시클로-1,3,5-트리스(비닐메틸실라노)-2,4,6-트리스(포르메이토메틸렌), 시클로-1,3,5,7-테트라(비닐메틸실라노)-2,6-디옥시-4,8-비스(글리옥실로일메틸렌) 및 이의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 하나 이상의 반응성 규소 함유 화합물과 산화 기체로부터 공중합체 층 상에 캡 층을 증착시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 규소 함유 화합물이 유기실란 또는 유기실록산 화합물이고, 각각의 규소 원자가 하나 또는 두개의 탄소 원자 및 하나 이상의 수소 원자에 결합되며, 동일 구조에서 두개 이상의 규소 원자가 두개 이상의 탄소 원자 또는 하나 이하의 산소 원자에 의해 분리됨을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 규소 함유 화합물 또는 혼합물이 메틸실란, 디메틸실란, 1,2-디살라노에탄, 1,3-디메틸디실록산, 1,3,5-트리실란아시클로헥산 또는 시클로-1,3,5,7-테트라실라노-2,6-디옥시-4,8-디메틸렌을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  12. p-크실렌 또는 이의 유도체의 소오스, 및 불안정한 그룹을 가지는 공단량체의 소오스와 유체 연통하는 증착용 챔버 및
    p-크실렌 또는 이의 유도체 및 공단량체를 축합 및 중합하여 공중합체 층을 형성하기 위한 냉각 장치를 가지는 기판 홀더 및
    공중합체 층을 경화시키기 위한 기판 히터를 포함하는, 중합체 필름을 증착시키기 위한 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 반응 챔버 및 증발 챔버를 추가로 포함하는 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, p-크실렌 또는 이의 유도체를 증착용 챔버에 공급하기 위해 프로그래밍되는 공정 제어기를 추가로 포함하는 장치.
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