KR20010007467A - 금속 유기물 화합 증착 방법 및 증착 장치 - Google Patents

금속 유기물 화합 증착 방법 및 증착 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20010007467A
KR20010007467A KR1020000034127A KR20000034127A KR20010007467A KR 20010007467 A KR20010007467 A KR 20010007467A KR 1020000034127 A KR1020000034127 A KR 1020000034127A KR 20000034127 A KR20000034127 A KR 20000034127A KR 20010007467 A KR20010007467 A KR 20010007467A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
raw material
gas
vapor deposition
chemical vapor
reactor
Prior art date
Application number
KR1020000034127A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100334987B1 (ko
Inventor
마츠모토겐지
신리키히로시
Original Assignee
히가시 데쓰로
동경 엘렉트론 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 히가시 데쓰로, 동경 엘렉트론 주식회사 filed Critical 히가시 데쓰로
Publication of KR20010007467A publication Critical patent/KR20010007467A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100334987B1 publication Critical patent/KR100334987B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
    • C23C16/4481—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by evaporation using carrier gas in contact with the source material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/409—Oxides of the type ABO3 with A representing alkali, alkaline earth metal or lead and B representing a refractory metal, nickel, scandium or a lanthanide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
    • C23C16/4485—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by evaporation without using carrier gas in contact with the source material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process

Abstract

금속 유기물 화학 증착 방법에 있어서, 하나 이상의 원료 용기로부터 공급되는 유기금속 원료의 기체의 몰수(number of moles)로 변환될 수 있는 파라미터(parameter)를 감지한다. 상기 파라미터가 반응기 내의 기재 상에 유기금속 원료를 구성하는 금속의 박막을 형성하는 데 필요한 최소값보다 작게 되는 경우 상기 원료 용기에 함유된 원료를 가열한다. 유기금속 원료의 기체는 반응기로 정량으로 공급되고, 이에 의하여 기재 상에 박막을 형성한다. 금속 유기물 화학 증착 장치도 또한 개시되어 있다.

Description

금속 유기물 화합 증착 방법 및 증착 장치{METAL ORGANIC CHEMICAL VAPOR DEPOSITION METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 금속 유기물 화학 증착 방법 및 증착 장치에 관한 것으로, 구체적으로 말하면 원료로서 유기 금속을 이용하여 원료를 구성하는 금속으로 제조되는 박막을 기재 상에 형성하는 금속 유기물 화학 증착 방법 및 증착 장치에 관한 것이다.
기상(氣相)의 화학 반응을 이용하여 금속 또는 금속 산화물의 박막을 기재 상에 형성하는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; 금속 유기물 화학 증착)와 같은 화학 증착 방법이 종래에 공지되어 있다.
도 8은 종래의 MOCVD 장치(금속 유기물 화학 증착 장치)의 예를 도시한다. 도 8에 도시된 MOCVD 장치는 진공 배기된 반응기(9) 내의 기재(10) 상에 PZT 막을 형성한다. 원료 용기(1a, 1b, 1c)는 온도 제어기(801a, 801b, 801c)에 의하여 소정의 온도로 각각 가열되어, 리드 디피발로일 메타나토 합성물〔Pb(DPM)2〕, 유기금속 화학 원료 Ti(O-i-Pr)4, 유기금속 화학 원료 Zr(O-t-Bu)4를 기화시킨다.
Pb(DPM)2, Ti(O-i-Pr)4및 Zr(O-t-Bu)4기체를 NO2또는 O2기체와 같은 산화 기체와 함께 반응기(9)에 도입하여 기상의 화학 반응을 이용하여 기재(10) 상에 PZT 막을 형성한다.
이 때에, Pb(DPM)2, Ti(O-i-Pr)4, Zr(O-t-Bu)4및 NO2기체의 유량은 반응기(9)로 연장하는 기체 공급 경로를 따라 중간에 배치된 질량 유량 제어기(mass-flow controller, MFC; 7a, 7b, 7c)에 의하여 각각 제어된다.
도 8에 도시된 MOCVD 장치에 있어서, 각각의 원료 기체는 반응기(9)에서 기상의 화학 반응을 야기하도록 소정의 증기압으로 대응하는 MFC에 도입되어야 한다. 필요한 원료의 증기압을 얻기 위하여, 원료 용기(1a, 1b, 1c)는 소정의 온도로 유지된다.
그러나, 온도는 각각의 원료가 원료 용기(1a, 1b, 1c)에 완전히 충전될 때 설정된다. 원료 용기(1a, 1b, 1c) 내의 원료가 기화되어 반응기(9)로 공급됨에 따라 원료의 양은 점차로 감소한다. 원료 용기(1a, 1b, 1c) 내의 원료의 양이 감소함에 따라, 필요한 원료의 증기압을 얻지 못하는 문제가 있다.
심지어, 원료 기체를 반응기로 수반하는 He, Ar, 또는 N2와 같은 캐리어 기체가 원료 용기에 도입되어 소정의 원료 유량을 보장하는 경우에도, 동일한 문제가 발생된다. 다시 말하면, 사용 시에 원료 용기 내의 원료의 양이 감소함에 따라, 필요한 원료 증기압을 얻을 수 없으며, 원료의 유량의 제어는 불안정하게 된다.
원료 용기 내의 잔류 변동(residue variation)에 의하여 야기되는 공급 증기압의 변동을 보상하기 위하여, 예컨대 일본 특허 공개 공보 제4-362176호에 개시된 MOCVD 장치가 제안된다. 상기 특허에 개시된 MOCVD 장치를 도 9에 도시된 기본 구조를 참고로 설명하기로 한다. 도 9에 도시된 MOCVD 장치에 있어서, 진공 펌프(54)에 의하여 진공 배기된 반응기(51)에는 산소 분위기를 형성하도록 산소 및 질소로 버블링된(bubbled) 유기금속으로서의 역할을 하는 펜타톡시 탄탈륨〔Ta(OC2H5)5〕이 도입된다. 이 경우에, 반응기(51)로 도입되는 산소의 유량과 재료 용기(55)로 도입되는 질소의 유량은 유량 제어기로부터 질량 유량 제어기(58)로 보내진 신호에 의하여 제어된다.
도 9의 MOCVD 장치에 사용되고, 실온에서 액상인 펜타톡시 탄탈륨은 서모스탯 가열기(thermostat heater; 57)에 의하여 전체 재료 용기(55)를, 예컨대 100℃의 온도로 가열하고, 펜타톡시 탄탈륨과 재료 용기(55)로 도입된 질소를 버블링 처리함으로써 증기로서 반응기(51)에 도입된다. 재료 용기(55)로부터 반응기(51)로 연장하는 파이프 또는 기체 공급 경로를 통하여 펜탄톡시 탄탈륨과 질소가 액화되는 것을 방지하기 위하여, 기체 공급 경로 또는 파이프는 기체 파이프 가열기(56)에 의하여 가열된다. 기체 파이프 가열기(56)와 서모스탯 가열기(57)는 온도 제어기(59, 60)에 의하여 각각 제어되며, 이들 온도 제어기는 4중극 질량 분석기(62; 이에 대해서는 후술함)로부터의 출력을 수용한다.
반응기(51)로 도입된 산소와 펜타톡시 탄탈륨은 반응기(51)를 둘러싸는 전기로(53)로부터 공급되는 열 에너지에 의하여 열적으로 반응한다. 그 결과, 탄탈륨 산화막(Ta2O5)이 반응기(51) 내측에 위치된 기재(52) 상에 형성된다.
반응기(51)에 연결된 4중극 질량 분석기(62)는 반응기(51)로 도입되는 산소와 펜타톡시 탄탈륨의 농도를 감지하고, 펜타톡시 탄탈륨의 질량수가 "405" 근처에 있는 경우 전기 신호를 출력한다. 전기 신호의 크기에 의하여 표시된 펜타톡시 탄탈륨의 농도가 소정값 이상이면, 기체 파이프 가열기(56)의 온도 제어기(59)와 서모스탯 가열기(57)의 온도 제어기(60)는 기체 파이프 가열기(56)의 온도와 서모스탯 가열기(57)의 온도를 저하시킨다. 동시에, 유량 제어기(61)는 질량 유량 제어기(58)가 버블링된 질소의 유량을 감소시키게 하고, 그에 의하여 반응기(51)로 공급되는 펜타톡시 탄탈륨의 공급량을 감소시킨다. 반응기(51)로 공급되는 펜타톡시 탄탈륨의 공급량을 감소시키는 작업은 4중극 질량 분석기(62)로부터의 전기 신호에 의하여 표시되는 펜타톡시 탄탈륨의 농도가 소정의 농도값에 도달할 때까지 수행된다.
이와 달리, 4중극 질량 분석기(62)로부터의 전기 신호에 의하여 표시되는 펜타톡시 탄탈륨의 농도가 소정의 농도값보다 작은 경우, 반응기(51)로 공급되는 펜타톡시 탄탈륨의 공급량은 역방향 제어(reverse control) 상태로 증가한다.
그러나, 측정 장치로서 4중극 질량 분석기(62)를 사용함으로써 도 9에 도시된 MOCVD 장치에는 여러 가지 제한이 가해진다. 4중극 질량 분석기의 사용 가능한 진공도는 약 10-5torr 이상의 고진공 범위로 구조적으로 한정된다. 공정에 의존하기는 하지만, 화학 증착 중의 반응기 내의 진공도는 그다지 높을 필요가 없으며, 기껏해야 약 10-1torr이다. 이러한 압력 범위에 4중극 질량 분석기를 사용하기 위해서는, 반응기 배기를 위한 배기 펌프와는 별도로 터보 분자 펌프와 같은 고진공의 펌프를 채용하여 차동(差動) 배기를 수행해야만 한다.
그러므로, 화학 증착 공정 중에 반응기 내의 원료 농도는 도 9에 도시된 장치와 유사하게 4중극 질량 분석기를 이용하며 측정되며, 반응기 둘레의 배기 구조는 필연적으로 복잡해진다. 심지어, 이러한 구조를 이용하여 4중극 질량 분석기를 설치하는 경우에도, 반응기 내의 기체 성분은 4중극 질량 분석기에 도달하는 기체 성분과 전적으로 동일하지는 않다. 추가로, 반응기에 도입된 원료의 일부는 고온 웨이퍼 가열 장치에 의하여 분해되며, 이는 반드시 고려되어야 한다. 이러한 이유로, 4중극 질량 분석기를 이용하여 화학 증착 중에 반응기 내의 원료 농도를 측정함에 의하여 잔류 변동을 보상하는 것은 실용적이지 않다.
그러므로, 본 발명은 전술한 단점을 극복하고 종래의 장치보다 안정적으로 필요한 유기 금속 원료 기체를 공급함으로써 소정의 유기금속 막을 형성할 수 있는 금속 유기물 화학 증착 방법 및 증착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 금속 유기물 화학 증착 방법 및 증착 장치를 설명하는 제1 실시예의 기본 구조를 도시한 시스템 블록도.
도 2a는 도 1에 도시된 원료 용기의 단면도.
도 2b는 도 2a의 선 2b-2b를 따라 취한 종단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에서 온도 조절을 보여주는 흐름도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예를 보여주는 시스템 블록도.
도 5는 본 발명의 제3 실시예를 보여주는 시스템 블록도.
도 6a 및 도 6b는 원료 기체의 농도를 측정하는 농도계의 예를 각각 보여주는 단면도.
도 7은 본 발명의 제4 실시예를 보여주는 시스템 블록도.
도 8은 종래의 화학 증착 장치의 구조를 보여주는 시스템 블록도.
도 9는 종래의 화학 증착 장치의 다른 실시예의 구조를 보여주는 블록도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1a, 1b, 1c : 원료 용기
2a, 2b, 2c : 가열 제어기
3a, 3b, 3c : 냉각 제어기
4a, 4b, 4c, 4d : 압력계
5a, 5b, 5c, 5d : 밸브
9 : 반응기
10 : 기재
11a, 11b, 11c : 압력계
12a, 12b, 12c, 12d : 배출 밸브
13a, 13b, 13c : 농도계
14a, 14b, 14c : 농도계
33 : 가열 장치
34 : 냉각 장치
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 하나 이상의 원료 용기로부터 공급되는 유기금속 원료의 기체 몰수로 변환 가능한 파라미터를 감지하는 단계와, 상기 파라미터가 반응기 내의 기재 상에 유기금속 원료를 구성하는 금속의 박막을 형성하는 데 필요한 최소값보다 작은 경우 원료 용기 내에 포함된 원료를 가열하는 단계와, 유기금속 원료의 기체를 정량으로 반응기에 공급하여 상기 기재 상에 박막을 형성하는 단계를 포함하는 금속 유기물 화학 증착 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 유기금속 원료의 기체를 공급하는 하나 이상의 원료 용기와, 이 원료 용기로부터 공급되는 유기금속 원료의 기체 몰수로 변환 가능한 파라미터를 감지하는 감지 수단과, 이 감지 수단에 의하여 감지된 파라미터가 반응기 내의 기재 상에 유기금속 원료를 구성하는 금속의 박막을 형성하는 데 필요한 최소값보다 작게 되는 경우 원료 용기 내에 포함된 유기금속 원료를 가열하는 원료 온도 조절 수단을 구비하는 금속 유기물 화학 증착 장치가 제공되며, 유기금속 원료의 기체는 반응기에 정량으로 공급되어 기재 상에 박막을 형성한다.
제1 실시예
도 1은 본 발명에 따른 금속 유기물 화학 증착(MOCVD) 방법 및 증착 장치를 설명하기 위한 제1 실시예의 기본 구조를 도시한 시스템 블록도이다.
도 1에 있어서, 참조 부호 1a, 1b, 1c는 각각 약 1ℓ의 내부 용적을 갖는 원료 용기를 표시한다. 원료 용기(1a)는 리드 디피발로일 메타나토 합성물〔Pb(DPM)2〕을 포함하고, 원료 용기(1b)는 유기금속 화합물 원료 Ti(O-i-Pr)4을 포함하며, 원료 용기(1c)는 유기 금속 화합물 원료 Zr(O-t-Bu)4를 포함한다.
참조 부호 2a, 2b, 2c는 각각 원료 용기(1a, 1b, 1c)에 결합된 가열 장치(33)를 제어하는 가열 제어기를 표시하며, 참조 부호 3a, 3b, 3c는 원료 용기(1a, 1b, 1c)의 냉각 장치(34)를 제어하는 냉각 제어기를 각각 표시한다. 각 가열 장치(33)와 냉각 장치(34)는 대응 원료 용기에 저장된 원료 기체를 가열 및 냉각한다. 이러한 처리는 각 원료 용기로부터 배기되는 원료 기체가 소정 압력으로 출력 스테이지에 공급되도록 ON/OFF 제어한다(이는 후술한다). 이러한 제어는, 예컨대 PID 제어를 이용하여 정확도를 향상시킬 수 있다.
그러므로, 가열 장치(33)와 냉각 장치(34)는 각 원료 용기로부터 배기되는 원료 기체를 소정의 압력으로 조정하는 원료 온도 조절 장치(MTCD)를 구성한다. 도 2a 및 도 2b는 원료 온도 조절 장치(MTCD)를 구성하는 가열 장치(33)와 냉각 장치(34)의 예를 도시하며, 이는 후술하기로 한다.
참조 번호 4a, 4b, 4c는 원료 용기(1a, 1b, 1c) 내부의 원료 증기압을 측정하기 위한 바라트론(baratron)과 같은 압력계를 표시하고, 참조 부호 6a, 6b, 6c는 원료 용기(1a, 1b, 1c)의 기체 출구에 결합된 밸브를 표시하며, 참조 번호 7a, 7b, 7c, 7d는 밸브(6a, 6b, 6c)로부터 배출되는 Pb(DPM)2, Ti(O-i-Pr)4, Zr(O-t-Bu)4기체와 NO2기체의 유량을 제어하는 질량 유량 제어기(이하에서는, 간단하게 MFC로 지칭함)를 각각 표시하며, 참조 번호 8a, 8b, 8c, 8d는 MFC(7a, 7b, 7c, 7d)와 반응기 사이의 기체 파이프를 따라 중간에 배치되어 있는 밸브를 표시한다.
참조 번호 9는 밸브(8a, 8b, 8c, 8d)로부터 연장하는 기체 파이프에 연결되는 반응기를 표시하며, 참조 부호 10은 반응기(9) 내측에 위치된 반도체 또는 다른 공지의 물질로 제조되는 기재를 표시하며, 참조 부호 11a, 11b, 11c는 원료 용기(1a, 1b, 1c)와 MFC(7a, 7b, 7c) 사이의 기체 파이프를 따라 중간에 배치되는 바라트론과 같은 압력계를 표시하며, 참조 부호 12a, 12b, 12c는 배기 밸브를, 그리고 참조 부호 9a는 상기 기재(10)를 가열하도록 반응기(9) 내에 내장된 가열기를 표시한다.
제1 실시예에 사용된 리드 디피발로일 메타나토 합성물〔Pb(DPM)2〕는 실온에서 고체인 반면에, 유기금속 화합물 원료 Ti(O-i-Pr)4와 Zr(O-t-Bu)4는 실온에서 고점도를 갖는 액체이다. 이러한 원료는 일반적으로 원료 용기(1a, 1b, 1c)를 가열함으로써 원료 기체로 기화되며, 이들 기체는 출력 스테이지로 공급된다. 예컨대, 원료 용기(1a)가 Pb(DPM)2로 완전히 충전되는 경우, Pb(DPM)2의 증기압은 110℃로 가열함으로써 약 2.67㎩로 증가하고, 150℃로 가열함으로써 약 74.7㎩로 증가하고, 200℃로 가열함으로서 약 667㎩로 증가한다.
도 2a 및 도 2b는 원료 온도 조절 장치의 예를 도시한다. 이 예는 가열 장치 및 냉각 장치를 이용하는 구조를 상세하게 보여준다.
보다 구체적으로, 도 2a는 수평 방향으로 취한 원료 용기(1a, 1b, 1c)를 도시하며, 도 2b는 선 2B-2B를 따라 수직 방향으로 취한 원료 용기(1a, 1b, 1c)를 도시한다. 원료 용기(1a, 1b, 1c)는 동일 구조를 가지므로, 원료 용기 중 1a를 대표로 도시한다.
원료 용기(1a)는 알루미늄(Al) 하우징(31)을 이용한다. 하우징(31)은 알루미늄으로 제조되는데, 그 이유는 알루미늄이 높은 열전도성과 높은 가공성을 나타내기 때문이다. 하우징(31) 내측에는 원료를 저장하기 위한 공동(32; cavity)이 형성된다. 공동(32)은 그 공동(32) 내에 저장된 원료를 가열하기 위하여 가열기와 같은 가열 장치(33)와, 실리콘 오일 또는 공기와 같은 냉매를 순환시키기 위한 냉각 파이프로 구성되는 냉각 장치(34)로 둘러싸인다. 가열 장치(33)는 도 2b에서 하우징(31)의 벽에 조립되지만, 이것으로 한정되지는 않음을 주목하라.
가열 제어기(2a)는 가열 장치(33)에 의하여 원료 용기(1a)를 가열하도록 가열 장치(33)에 전류를 공급하여, 원료 용기 내에 충전된 원료 기체를 소정의 압력으로 제어한다. 냉각 제어기(3a)는 파이프(34)의 온도와 이 파이프(34)를 통하여 흐르는 냉매의 온도를 제어하여 원료 용기(1a) 내에 충전된 원료 기체를 소정의 압력으로 제어한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 복수의 원료 용기(1a, 1b, 1c)는 서로 인접하게 배치되고, 하나의 열 절연재(35)로 둘러싸여 열의 소산을 감소시키는데, 이는 매우 경제적인 원료 용기를 제공할 수 있다. 선택적으로, 원료 용기(1a, 1b, 1c)는 도 2c에 도시된 바와 같이 열 절연재(35a, 35b, 35c)로 개별적으로 둘러싸일 수 있다.
전술한 구조를 갖는 금속 유기물 화학 증착 장치를 이용하여 유기금속 원료를 구성하는 금속으로 제조되는 박막으로서 PZT 막을 형성하는 공정을 도 1을 참고로 설명하기로 한다.
원료 용기(1a)는 실온에서 고체인 리드 디피발로일 메타나토 합성물〔Pb(DPM)2〕을 기화시키도록 원료 온도 조절 장치(MTCD)에 의하여 가열된다. 동시에, 원료 용기(1b, 1c)는 유기금속 화합물 원료 Ti(O-i-Pr)4과 Zr(O-t-Bu)4을 기화시키도록 가열된다.
진공 배기된 반응기(9) 내의 기재(10)는 가열기(9a)에 의하여 소정 온도로 가열된다.
그 다음에, 밸브(6a, 8a)는 개방되어 Pb(DPM)2기체를 원료 용기(1a)로부터 밸브(6a), MFC(7a) 및 밸브(8a)를 거쳐서 반응기(9)로 도입한다. Pb(DPM)2기체가 반응기(9)로 도입되는 것과 동시에, 밸브(6b, 8b)가 개방되어 Ti(O-i-Pr)4를 원료 용기(1b)로부터 밸브(6b), MFC(7b), 밸브(8b)를 거쳐서 반응기(9)로 도입한다. 밸브(6c, 8c)는 개방되어 Zr(O-t-Bu)4기체를 원료 용기(1c)로부터 밸브(6c), MFC(7c), 밸브(8c)를 거쳐서 반응기(9)로 도입한다. 이러한 처리와 동시에, NO2기체가 밸브(6d), MFC(7d) 및 밸브(8d)를 거쳐서 반응기(9)로 또한 도입된다.
Pb(DPM)2, Ti(O-i-Pr)4, Zr(O-t-Bu)4, 및 NO2기체의 유량은 기재(10) 상에 형성되는 PZT 막에 요구되는 특성을 고려하여 MFC(7a, 7b, 7c, 7d)에 의하여 각각 제어된다.
그 결과, 퍼로프스카이트(perovskite) 구조를 갖는 PZT 막(PbZrxTi1-xO3막)이 기재(10) 상에 형성된다.
배기 밸브(12a, 12b, 12c, 12d)의 역할을 설명하기로 한다. PZT 막을 위한 전술한 화학 증착 공정은 MFC(7a, 7b, 7c, 7d)의 작동이 안정될 때까지 소정의 기간을 필요로 한다. MFC(7a, 7b, 7c, 7d)의 작동이 안정될 때까지, 배기 밸브(12a, 12b, 12c, 12d)는 개방되고, 밸브(8a, 8b, 8c, 8d)는 폐쇄되어 MFC(7a, 7b, 7c, 7d)로부터 공급되는 기체를 배기 밸브(12a, 12b, 12c, 12d)로부터 출력 스테이지로 배기시켜 기체가 반응기(9)로 유입되는 것을 방지한다. MFC(7a, 7b, 7c, 7d)의 작동이 안정화된 후에, 배기 밸브(12a, 12b, 12c, 12d)는 폐쇄되고, 밸브(8a, 8b, 8c, 8d)는 개방되어 기체가 반응기(9)로 도입된다.
이러한 화학 증착 공정의 제1 실시예의 특징은 각 연료 기체의 원료 증기압이 공정 중에 측정되고, 원료 용기의 온도가 측정값을 기초로 각 원료 기체의 원료 증기압을 소정의 압력으로 유지하도록 제어되는 것이다.
달리 말하면, 화학 증착 공정에 있어서, 압력계(11a)는 원료 용기(1a)로부터 MFC(7a)까지 연장하는 기체 파이프 내의 원료 기체의 원료 증기압을 측정한다. 압력계(11b)는 원료 용기(1b)로부터 MFC(7b)까지 연장하는 기체 파이프 내의 원료 기체의 원료 증기압을 측정한다. 압력계(11c)는 원료 용기(1c)로부터 MFC(7c)까지 연장하는 기체 파이프 내의 원료 기체의 원료 증기압을 측정한다.
압력계(11a)의 측정값은 제어기(2a, 3a)로 귀환되고, 압력계(11b)의 측정값은 제어기(2b, 3b)로 귀환되고, 압력계(11c)의 측정값은 제어기(2c, 3c)로 귀환된다.
제어기(2a, 3a)는 압력계(11a)의 측정값을 기초로 원료 용기(1a)의 온도를 제어하여 원료 용기(1a)로부터 MFC(7a)로 공급되는 원료 기체의 원료 증기압을 소정의 압력으로 설정한다. 유사하게, 제어기(2b, 3b)는 압력계(11b)의 측정값을 기초로 원료 용기(1b)의 온도를 제어하여 원료 용기(1b)로부터 MFC(7b)로 공급되는 원료의 증기압을 소정의 압력으로 설정한다. 제어기(2c, 3c)는 압력계(11c)의 측정값을 기초로 원료 용기(1c)의 온도를 제어하여 원료 용기(1c)로부터 MFC(7c)로 공급되는 원료의 증기압을 소정의 압력으로 설정한다.
이러한 제어를 도 3을 참고로 설명하기로 한다. 원료 용기의 온도 제어에 있어서, 원료 용기의 온도는 S1 단계에서 측정되고, 측정된 온도가 설정된 최저 한계 온도와 같거나 그보다 작은 가의 여부는 S2 단계에서 검사된다. S2 단계에서 YES가 나오는 경우, 원료 용기를 가열하도록 조작되어 S1 단계로 복귀시키는 S3 단계로 이동된다. S2 단계에서 NO가 나오는 경우, 측정된 온도가 최대 한계 온도와 같거나 그보다 큰 가의 여부를 검사하는 S4 단계로 이동된다. S4 단계에서 YES가 나오는 경우, 가열기의 작용을 정지시켜 S1 단계로 복귀시키는 S5 단계로 이동된다. S4 단계에서 NO가 나오는 경우, S1 단계로 복귀된다.
압력은 S11 단계에서 압력계에 의하여 측정되고, 측정된 압력이 최저 한계 압력과 같거나 그보다 작은 가의 여부는 S12 단계에서 검사된다. S12 단계에서 YES가 나오는 경우, S2 단계에서 최저 한계 온도의 설정값을 증가시키고 S11 단계로 복귀시키는 S13로 이동된다. S12 단계에서 NO가 나오는 경우, 측정된 압력이 최대 한계 압력과 같거나 그보다 큰 가의 여부를 검사하는 S14 단계로 이동된다. S14 단계에서 YES가 나오는 경우, S2 단계에서 최저 온도 한계의 설정값을 감소시켜 S11 단계로 복귀시키는 S15 단계로 이동된다. S14 단계에서 NO가 나오는 경우, S11 단계로 복귀된다.
MOCVD에 사용된 원료는 과도하게 높은 온도에서는 분해되고, 그에 따라 이러한 제어는 온도가 각 원료 용기의 원료가 분해되는 온도로 증가하는 것을 방지한다.
각 원료 용기로부터 공급되는 원료 기체를 안정된 압력으로 유지함으로써, 원료 기체는 항상 안정된 유량으로 출력 스테이지로 공급될 수 있다.
MFC(7a, 7b, 7c)가 원료 용기의 출력 스테이지에 배치되어 있는 경우에도, 제1 실시예와 유사하게 MFC(7a, 7b, 7c)는 안정적으로 작동될 수 있다.
이 실시예에서, 압력계(11a, 11b, 11c)는 원료 용기(1a, 1b, 1c)로부터 MFC(7a, 7b, 7c)로 연장하는 파이프를 따라 중간에 각각 배치되어 있다. 선택적으로, 원료 용기(1a, 1b, 1c)에 직접 연결되어 있는 압력계(4a, 4b, 4c)가 원료 용기(1a, 1b, 1c) 내의 원료 기체의 압력을 측정하는 데 사용될 수 있다.
이 경우, 압력계(4a, 4b, 4c)에 의하여 측정된 원료 증기압의 측정값은 제어기(2a, 3a), 제어기(2b, 3b) 및 제어기(2c, 3c)로 각각 귀환된다.
제어기(2a, 3a)는 압력계(4a)의 측정값을 기초로 원료 용기(1a)의 온도를 제어하여 원료 용기(1a)의 내부 원료 증기압을 소정 압력으로 설정한다. 유사하게, 제어기(2b, 3b)는 압력계(4b)의 측정값을 기초로 원료 용기(1b)의 온도를 제어하여 원료 용기(1b)의 내부 원료 증기압을 소정 압력으로 설정한다. 제어기(2c, 3c)는 압력계(4c)의 측정값을 기초로 원료 용기(1c)의 온도를 제어하여 원료 용기(1c)의 내부 원료 증기압을 소정 압력으로 설정한다.
제1 실시예에 따르면, 압력계(4a, 4b, 4c) 또는 압력계(11a, 11b, 11c)는 원료를 항상 안정적으로 공급하고 MFC(7a, 7b, 7c)를 안정적으로 작동시키도록 배치될 수 있다.
전술한 설명에서, 압력은 유기금속 원료 기체의 몰수로 변환될 수 있는 파라미터로서 측정된다. 이것은 단위 체적당 몰수(mol/㎥)의 측정치와 균등하다. 이상 기체의 법칙 "pV=nRT"(여기서, p는 기체 압력, V는 체적, n은 몰수, R은 기체상수, T는 절대 압력)로부터 명확한 바와 같이, 몰수는 동일 체적 및 온도에 있어서의 압력 p를 얻음으로써 결정된다. 도 1에 도시된 장치에 있어서, 원료 용기(1a)와 기체 파이프의 내부 체적(V)은 일정하다. 파이프와 원료 용기의 온도가 일정한 한, 예컨대 압력계(4a)의 측정값은 기체 파이프 내의 Pb(DPM)2기체의 단위 체적당 몰수 또는 분자량과 비례한다.
MFC를 안정적으로 작동하기 위하여, MFC의 입력측과 출력측 사이의 필요한 압력 차이(예컨대, 100 내지 300㎩)는 보장되어야 한다. MFC의 입력측에서의 압력(초기의 압력)이 필요한 압력과 같거나 그보다 작게 감소하는 경우, MFC의 안정적 작용은 저해되어 MFC에 의한 유량 제어가 방해된다. 이러한 이유로, 원료 용기 내의 원료가 기화되고 소모됨에 따라, 원료 용기 내의 원료의 양은 소정의 값 또는 그 이하로 점차로 감소되고, 초기의 압력 설정 상태에서 필요한 원료 증기압을 얻는 것은 실패한다. 그 결과, MFC의 초기 압력은 감소되어 MFC에 의한 유량 제어를 방해하고, 원료 유량의 제어는 불안정해진다.
MFC의 작동과 관련한 문제점을 해결하기 위하여, 제1 실시예는 MFC(7a)로 공급되는 원료의 증기압, 즉 도 1에 도시된 바와 같이 압력계(11a)의 측정값을 기초로 한 MFC(7a)의 초기 압력을 제어한다. 심지어는 원료 용기 내의 원료가 감소하는 경우에도 MFC에 대한 초기 압력을 필요 압력 또는 그 이상으로 유지하므로, MFC는 안정적으로 작동될 수 있다.
제2 실시예
도 4는 본 발명에 따른 MOCVD 장치(금속 유기물 화학 증착 장치)의 제2 실시예를 도시한다. 도1과 동일 부호는 동일 부품을 표시한다.
도 4에 도시된 MOCVD 장치에 있어서, 밸브(5a, 5b, 5c)를 매개로 캐리어 기체가 원료 용기(1a, 1b, 1c)로 공급되고, 이 캐리어 기체를 이용하여 원료를 이송한다.
도 4에 도시된 MOCVD 장치를 이용하여 PZT 막을 위한 화학 증착 공정을 설명하기로 한다.
원료 용기(1a)는 리드 디피발로일 메타나토 합성물〔Pb(DPM)2〕을 기화시키도록 가열된다. 동시에, 원료 용기(1b, 1c)는 유기금속 화합물 원료 Ti(O-i-Pr)4과 Zr(O-t-Bu)4을 기화시키도록 가열된다.
진공 배기된 반응기(9) 내의 기재(10)는 가열기(9a)에 의하여 소정의 온도로 가열된다.
뒤이어, 밸브(5a)는 개방되어 Ar 또는 N2기체와 같은 캐리어 기체를 원료 용기(1a)로 도입하고, Pb(DPM)2기체와 캐리어 기체의 기체 혼합물은 밸브(6a), MFC(7a), 밸브(8a)를 매개로 반응기(9)로 도입된다. 밸브(5b)는 개방되어 캐리어 기체를 원료 용기(1b)로 도입하고, Ti(O-i-Pr)4기체와 캐리어 기체의 기체 혼합물은 밸브(6b), MFC(7b), 밸브(8b)를 매개로 반응기(9)로 도입된다. 밸브(5c)는 개방되어 캐리어 기체를 원료 용기(1c)로 도입하고, Zr(O-t-Bu)4기체와 캐리어 기체의 기체 혼합물은 밸브(6c), MFC(7c), 밸브(8c)를 매개로 반응기(9)로 도입된다. 동시에, NO2기체도 밸브(6d), MFC(7d), 밸브(8d)를 매개로 반응기(9)로 또한 도입된다.
Pb(DPM)2기체와 캐리어 기체의 기체 혼합물의 유량과, Ti(O-i-Pr)4기체와 캐리어 기체의 기체 혼합물의 유량과, Zr(O-t-Bu)4기체와 캐리어 기체의 기체 혼합물의 유량, 그리고 NO2기체의 유량은 MFC(7a, 7b, 7c, 7d)에 의하여 각각 제어된다.
그 결과, 퍼로프스카이트 구조를 갖는 PZT 막(PbZrxTi1-xO3)이 기재(10) 상에 형성된다.
제2 실시예에서, 화학 증착 공정이 종료된 직후에, 밸브(8a, 8b, 8c, 8d)는 폐쇄되고, 배기 밸브(12a, 12b, 12c, 12d)는 개방되어 원료와 캐리어 기체의 기체 혼합물 및 NO2산화 기체를 배출한다. 그 다음에, 화학 증착이 수행된 기재(10)는 반응기로부터 해제된다. 밸브(5a, 5b, 5c)는 캐리어 기체를 차폐하도록 폐쇄된다. 소정 시간의 경과 후에, 밸브(6a, 6b, 6c)는 폐쇄되고, 원료 용기(1a, 1b, 1c)의 내부 원료 증기압은 압력계(4a, 4b, 4c)에 의하여 측정된다.
압력계(4a)의 측정값은 제어기(2a, 3a)로 귀환되고, 압력계(4b)의 측정값은 제어기(2b, 3b)로 귀환되고, 압력계(4c)의 측정값은 제어기(2c, 3c)로 귀환된다.
제어기(2a, 3a)는 압력계(4a)의 측정값을 기초로 원료 용기(1a)의 온도를 제어하여 원료 용기(1a)의 내부 원료 증기압을 소정 압력으로 설정한다. 유사하게, 제어기(2b, 3b)는 압력계(4b)의 측정값을 기초로 원료 용기(1b)의 온도를 제어하여 원료 용기(1b)의 내부 원료 증기압을 소정 압력으로 설정한다. 제어기(2c, 3c)는 압력계(4c)의 측정값을 기초로 원료 용기(1c)의 온도를 제어하여 원료 용기(1c)의 내부 원료 증기압을 소정 압력으로 설정한다.
원료 용기(1a, 1b, 1c)의 온도를 제어하는 한편, 다음으로 막이 형성될 기재(10)가 전술한 막 형성 공정을 수행하도록 반응기에 장전된다.
전술한 바와 같이, 제2 실시예는 막 형성 공정과, 각각의 막 형성 공정마다 원료 용기(1a, 1b, 1c)의 내부 원료 증기압의 측정과, 원료 용기(1a, 1b, 1c)의 온도 제어를 반복한다. 이전의 공정의 원료의 유량을 파악함으로써, 원료는 항상 안정적으로 공급될 수 있다.
막 형성 후에 일련의 작업이 수행되는 한편, 막이 형성된 기재(10)는 반응기로부터 해제되고, 새로운 기재(10)가 반응기에 장전된다. 그러므로, 종래의 기술과 동일한 생산성이 유지될 수 있다.
제3 실시예
도 5는 본 발명에 따른 MOCVD 장치의 제3 실시예를 도시한다. 반응기의 내부 온도는 반응기로부터 MFC까지 연장하는 파이프 또는 반응기 내의 원료 농도(㎏/㎥)를 측정함으로써 제어된다. 도 1과 동일한 참조 부호는 동일 부품을 표시한다.
도 5의 실시예는 원료 용기(1a, 1b, 1c)의 내부 원료 농도를 측정하는 농도계(13a, 13b, 13c), 또는 원료 용기(1a, 1b, 1c)와 MFC(7a, 7b, 7c) 사이의 기체 파이프의 내부 원료 농도를 측정하는 농도계(14a, 14b, 14c)를 채용한다.
도 6a는 도 5의 실시예에 사용된 농도계(13a, 13b, 13c)의 구조를 도시하고, 도 6b는 농도계(14a, 14b, 14c)의 구조를 도시한다. 도 6a는 농도계(13a)를 도 6b는 농도계(14a)를 대표적으로 도시한다.
도 6a에 도시된 농도계(13a)는 발광 소자(15)와 수광 소자(17)를 구비한다. 발광 소자(15)와 수광 소자(17)는 서로 마주하도록 원료 용기(1a)의 상부에 형성된 2개의 윈도우(16a, 16b)에 각각 결합된다.
도 6a에 도시된 농도계(13a)에 있어서, 발광 소자(15)로부터 방출된 빛은 원료 용기(1a)의 하나의 윈도우(16a)로 입사되고, 다른 대향 윈도우(16b)로부터 방출되는 빛은 수광 소자(17)에 의하여 수용된다. 원료 용기(1a)의 윈도우(16a, 16b) 사이에 존재하는 원료 기체에 의한 빛 흡수는 원료 농도를 측정하도록 측정된다. 농도계 13a의 구조를 설명하였으며, 이것은 나머지 농도계 13b, 13c에 대해서도 또한 적용된다.
도 6b에 도시된 농도계(14a)는 발광 소자(18), 원료 용기(1a)와 MFC(7a) 사이의 기체 파이프에 형성된 2개의 윈도우(19a, 19b) 및 수광 소자(20)를 구비한다.
농도계(14)에 있어서, 발광 소자(18)로부터 방출된 빛은 기체 파이프의 하나의 윈도우(19a)로 입사되고, 다른 대향 윈도우(19b)로부터 방출되는 빛은 수광 소자(20)에 의하여 수용된다. 기체 파이프 내의 원료 기체에 의한 빛 흡수는 원료 농도를 측정하도록 측정된다. 농도계 14a의 구조를 설명하였으며, 이것은 농도계14b, 14c에 대해서도 또한 적용된다. 빛은 발광 소자와 윈도우, 그리고 윈도우와 수광 소자 사이에서 광섬유와 같은 전달 수단에 의하여 전달될 수 있다.
또한 제3 실시예에서도, 막 형성 공정은 제1 실시예와 동일하다.
농도계(13a)의 측정값은 제어기(2a, 3a)로 귀환되고, 농도계(13b)의 측정값은 제어기(2b, 3b)로 귀환되고, 농도계(13c)의 측정값은 제어기(2c, 3c)로 귀환된다.
제어기(2a, 3a)는 농도계(13a)의 측정값을 기초로 원료 용기(1a)의 온도를 제어하여 원료 용기(1a) 내의 원료 농도를 소정의 값으로 설정한다. 유사하게, 제어기(2b, 3b)는 농도계(13b)의 측정값을 기초로 원료 용기(1b) 내의 온도를 제어하여 원료 용기(1b)의 원료 농도를 소정의 값으로 설정한다. 제어기(2c, 3c)는 농도계(13c)의 측정값을 기초로 원료 용기(1c)의 온도를 제어하여 원료 용기(1c) 내의 원료 농도를 소정의 값으로 설정한다.
농도계(14a, 14b, 14c)가 배치될 때, 농도계(14a)의 측정값은 제어기(2a, 3a)로 귀환되고, 농도계(14b)의 측정값은 제어기(2b, 3b)로 귀환되고, 농도계(14c)의 측정값은 제어기(2c, 3c)로 귀환된다.
제어기(2a, 3a)는 농도계(14a)의 측정값을 기초로 원료 용기(1a)의 온도를 제어하여 원료 용기(1a) 내의 원료 농도를 소정의 값으로 설정한다. 제어기(2b, 3b)는 농도계(14b)의 측정값을 기초로 원료 용기(1b) 내의 온도를 제어하여 원료 용기(1b) 내의 원료 농도를 소정의 값으로 설정한다. 제어기(2c, 3c)는 농도계(14c)의 측정값을 기초로 원료 용기(1c)내의 온도를 제어하여 원료 용기(1c) 내의 원료 농도를 소정의 값으로 설정한다.
그에 따라, 제1 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
제3 실시예에서, 원료 농도(㎏/㎥)는 유기금속 원료 기체의 몰수로 변환될 수 있는 파라미터로서 측정된다. 이것은 단위 체적당 몰수(mol/㎥)의 측정값과 균등한 것이다. 물질의 몰당 질량(mass per mol)은 물질마다 고유하게 정해진다. 다시 말하면, 사용 시에 원료의 몰당 질량은 원료에 대하여 고유하다. 그에 따라, 단위 체적당 질량으로서의 원료 농도는 기체 파이프 내의 원료 기체의 단위 체적당 몰수 또는 분자량과 상응한다.
제4 실시예
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 MOCVD 장치(금속 유기물 화학 증착 장치)를 설명하기 위한 제4 실시예의 기본 구조를 도시한 것이다. 도 4와 동일한 참조 부호는 동일한 부품을 표시한다.
도 7에 도시된 MOCVD 장치에 있어서, 밸브(5a, 5b, 5c)를 매개로 원료 용기(1a, 1b, 1c)의 캐리어 기체 입구로 캐리어 기체가 공급되고, 이 캐리어 기체를 이용하여 원료를 공급(이송)한다. 이러한 MOCVD 장치는 MFC(7a, 7b, 7c)가 캐리어 기체의 입구에 결합된 밸브(5a, 5b, 5c)의 상류에 배치되어 있다는 점이 도 4에 도시된 MOCVD 장치와 다르다.
도 7에 도시된 MOCVD 장치를 이용하여 PZT 막을 위한 막 형성 공정을 설명하기로 한다.
원료 용기(1a)는 리드 디피발로일 메타나토 합성물〔Pb(DPM)2〕을 기화시키도록 가열된다. 동시에, 원료 용기(1b, 1c)는 유기금속 화합물 원료 Ti(O-i-Pr)4과 Zr(O-t-Bu)4을 기화시키도록 가열된다.
진공 배기된 반응기(9) 내의 기재(10)는 가열기(9a)에 의하여 소정의 온도로 가열된다.
뒤이어, 밸브(5a)는 개방되어 Ar 또는 N2기체와 같은 캐리어 기체가 MFC(7a)를 매개로 원료 용기(1a)로 도입되고, Pb(DPM)2기체와 캐리어 기체의 기체 혼합물은 밸브(6a) 및 밸브(8a)를 매개로 반응기(9)로 도입된다. 밸브(5b)는 개방되어 캐리어 기체가 MFC(7b)를 매개로 원료 용기(1b)로 도입되고, Ti(O-i-Pr)4기체와 캐리어 기체의 기체 혼합물은 밸브(6b) 및 밸브(8b)를 매개로 반응기(9)로 도입된다. 동시에, 밸브(5c)는 개방되어 캐리어 기체가 MFC(7c)를 매개로 원료 용기(1c)로 도입되고, Zr(O-t-Bu)4기체와 캐리어 기체의 기체 혼합물은 밸브(6c) 및 밸브(8c)를 매개로 반응기(9)로 도입된다. 동시에, NO2기체는 밸브(6d), MFC(7d), 밸브(8d)를 매개로 반응기(9)로 도입된다.
Pb(DPM)2기체와 캐리어 기체의 기체 혼합물의 유량과, Ti(O-i-Pr)4기체와 캐리어 기체의 기체 혼합물의 유량과, Zr(O-t-Bu)4기체와 캐리어 기체의 기체 혼합물의 유량, 그리고 NO2기체의 유량은 기재(10) 상에 형성되는 PZT 막에 요구되는 특성을 고려하여 MFC(7a, 7b, 7c, 7d)에 의하여 각각 제어된다.
그 결과, 퍼로프스카이트 구조를 갖는 PZT 막(PbZrxTi1-xO3막)이 기재(10) 상에 형성된다.
제4 실시예에서, 화학 증착 공정이 종료된 직후에, 밸브(8a, 8b, 8c, 8d)는 폐쇄되고, 배기 밸브(12a, 12b, 12c, 12d)는 개방되어 원료와 캐리어 기체 혼합물 및 NO2산화 기체를 배출한다. 그 다음에, 막이 형성된 기재(10)는 반응기(9)로부터 해제된다. 기재(10)가 해제된 후에, 밸브(5a, 5b, 5c)는 캐리어 기체를 공급하는 것을 중지시키도록 폐쇄된다. 소정 시간의 경과 후에, 밸브(6a, 6b, 6c)는 폐쇄되고, 원료 용기(1a, 1b, 1c)의 내부 원료 증기압은 압력계(4a, 4b, 4c)에 의하여 측정된다.
압력계(4a)의 측정값은 제어기(2a, 3a)로 귀환되고, 압력계(4b)의 측정값은 제어기(2b, 3b)로 귀환되고, 압력계(4c)의 측정값은 제어기(2c, 3c)로 귀환된다.
제어기(2a, 3a)는 압력계(4a)의 측정값을 기초로 원료 용기(1a)의 온도를 제어하여 원료 용기(1a)의 내부 원료 증기압을 소정 압력으로 설정한다. 유사하게, 제어기(2b, 3b)는 압력계(4b)의 측정값을 기초로 원료 용기(1b)의 온도를 제어하여 원료 용기(1b)의 내부 원료 증기압을 소정 압력으로 설정한다. 제어기(2c, 3c)는 압력계(4c)의 측정값을 기초로 원료 용기(1c)의 온도를 제어하여 원료 용기(1c)의 내부 원료 증기압을 소정 압력으로 설정한다.
원료 용기(1a, 1b, 1c)의 온도를 제어하는 한편, 다음으로 막이 형성될 기재(10)가 전술한 막 형성 공정을 수행하도록 반응기(9)에 장전된다.
전술한 바와 같이, 제4 실시예는 막 형성 공정과, 각각의 막 형성 공정마다 원료 용기(1a, 1b, 1c)의 내부 원료 증기압의 측정과, 원료 용기(1a, 1b, 1c)의 온도 제어를 반복한다. 이로 인하여, 원료는 항상 안정적으로 공급될 수 있다.
제4 실시예에 있어서, MFC(7a, 7b, 7c)는 캐리어 기체의 입구에 결합된 밸브(5a, 5b, 5c)의 상류에 배치된다. 도 4에 도시된 MOCVD 장치와 비교하여, 도 7에 도시된 MOCVD 장치는 다음과 같은 장점을 갖는다. 도 4의 MOCVD 장치에 있어서, MFC는 원료의 증기압을 유지하도록 원료 용기와 동일한 온도로 가열되어야만 한다. 그와 달리, 제4 실시예의 MFC는 캐리어 기체의 유량을 단지 제어만 하며, 그에 따라 고온으로 가열될 필요가 없다. 필요한 원료 증기압을 얻기 위하여, 원료 용기와, 이 원료 용기로부터 반응기로 연장하는 파이프는 필연적으로 200℃ 또는 그 이상으로 가열될 수 있다. 그러나, 200℃의 MFC 가열 온도는 MFC의 정밀도와 안정성을 감소시킨다. 이러한 이유로, MFC(7a, 7b, 7c)를 캐리어 기체 입구에 결합된 밸브(5a, 5b, 5c)의 상류에 배치함으로써, 도 7에 도시된 MOCVD 장치와 유사하게 원료는 도 4에 도시된 MOCVD 장치보다 정밀하게 안정적으로 공급될 수 있다.
막 형성 후에 일련의 작업이 수행되는 한편, 막이 형성된 기재(10)는 반응기로부터 해제되고, 새로운 기재(10)가 반응기에 장전된다. 그에 따라, 종래의 기술과 동일한 생산성이 유지될 수 있다. 이것은 도 4의 MOCVD 장치와 동일한 것이다.
전술한 실시예에서 기재(10) 상에 PZT 막이 형성되어 있지만, 본 발명은 다른 박막의 형성에도 또한 적용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 원료 용기와 질량 유량 제어기 사이의 기체 파이프 또는 원료 용기 내의 유기금속 원료 기체의 몰수로 변환될 수 있는 파라미터가 감지되며, 원료는 감지된 값을 기초로 가열된다. 원료 기체는 반응기에 정량으로 공급될 수 있다. 결론적으로, 질량 유량 제어기는 항상 안정적으로 작동되어 원료를 항상 안정적으로 공급할 수 있다.
종래의 장치에 있어서, 원료 용기의 온도는 일정한 값으로 설정된다. 원료 용기(1a, 1b, 1c) 내의 원료의 양이 감소함에 따라, 원료 기체의 유량은 감소되어, 원료를 불안정하게 공급하게 된다. 그와 달리, 본 발명은 원료를 안정적으로 공급할 수 있고, 종래 장치의 문제점을 해결할 수 있다.
원료 기체의 유량은 질량 유량 제어기에 의하여 제어되고, 기체 파이프 또는 원료 용기 내의 원료 증기압은 원료 용기의 온도를 제어하도록 측정된다. 이로부터, 본 발명은 일본 특허 공개 공보 제4-362176에 개시된 화학 증착 장치보다 실용적인 원료 공급 장치를 제공할 수 있다. 그러므로, 본 발명은 높은 생산성으로 균일한 CVD 막을 형성할 수 있다.
원료 기체가 캐리어 기체에 의하여 이동되는 경우, 원료 용기의 기체 입구 및 출구에 결합된 밸브는 막 형성 공정이 끝나는 매 시점마다 폐쇄된다. 그 다음에, 원료 용기의 내부 원료 증기압이 측정되고, 원료 용기의 온도가 측정값을 기초로 제어되어 원료 증기압이 소정 압력으로 설정된다. 이로 인하여, 원료 용기의 내부 원료 증기압을 일정하게 유지할 수 있다. 원료 기체가 캐리어 기체에 의하여 반응기로 이송되는 경우에도, 원료는 항상 안정적으로 공급될 수 있다. 또한, 원료 기체의 유량은 질량 유량 제어기에 의하여 제어되고, 원료 용기의 내부 원료 증기압은 원료 용기의 온도를 측정하도록 측정된다. 본 발명은 일본 특허 공개 공보 제4-362176에 개시된 화학 증착 장치보다 실용적인 원료 공급 장치를 제공할 수 있다. 결론적으로, 본 발명은 높은 생산성으로 균일한 CVD 막 형성을 제공할 수 있다.

Claims (13)

  1. 금속 유기물 화학 증착 방법으로서,
    하나 이상의 원료 용기(1a, 1b, 1c)로부터 공급되는 유기금속 원료의 기체 몰수로 변환될 수 있는 파라미터를 감지하는 단계와,
    상기 파라미터가 반응기(9) 내의 기재 상(10)에 유기금속 원료를 구성하는 금속 박막을 형성하는 데 필요한 최소값보다 작게 되는 경우 원료 용기 내에 포함된 원료를 가열하는 단계와,
    유기금속 원료의 기체를 정량으로 반응기(9)에 공급하여 기재(10) 상에 박막을 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학 증착 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 몰수로 변환될 수 있는 파라미터는 원료 용기(1a, 1b, 1c)로부터 공급되는 유기금속 원료의 기체 압력인 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학 증착 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 몰수로 변환될 수 있는 파라미터는 원료 용기(1a, 1b, 1c)로부터 공급되는 유기금속 원료의 기체 농도인 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학 증착 방법.
  4. 유기금속 원료의 기체를 공급하기 위한 하나 이상의 원료 용기(1a, 1b, 1c)와,
    상기 원료 용기(1a, 1b, 1c)로부터 공급되는 유기금속 원료의 기체의 몰수로 변환될 수 있는 파라미터를 감지하는 감지 수단(11a, 11b, 11c; 4a, 4b, 4c; 13a, 13b, 13c; 14a, 14b, 14c)과,
    상기 감지 수단에 의하여 감지된 파라미터가 반응기(9) 내의 기재(10) 상에 유기금속 원료를 구성하는 금속 박막을 형성하는 데 필요한 최소값보다 작게 되는 경우 상기 원료 용기 내에 포함된 유기금속 원료를 가열하는 원료 온도 조절 수단(MTCD)
    을 구비하는 금속 유기물 화학 증착 장치로서,
    상기 유기금속 원료의 기체는 반응기에 정량으로 공급되어 기재(10) 상에 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학 증착 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 감지 수단은 상기 원료 용기(1a, 1b, 1c)로부터 공급되는 유기금속 원료의 기체 압력을 감지하는 압력계(4a, 4b, 4c; 11a, 11b, 11c)를 구비하는 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학 증착 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 압력계(4a, 4b, 4c)는 상기 원료 용기(1a, 1b, 1c)에 연결되어 상기 원료 용기 내의 기체의 압력을 감지하는 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학 증착 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 압력계(11a, 11b, 11c)는 상기 원료 용기로부터 공급되는 기체를 반응기로 이송하는 파이프를 따라 중간에 배치되어 있고, 그 압력계는 파이프 내의 기체의 압력을 감지하는 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학 증착 장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 감지 수단은 상기 원료 용기로부터 공급되는 유기금속 원료의 기체의 단위 체적당 질량을 농도로서 감지하는 농도계(13a, 13b, 13c; 14a, 14b, 14c)를 구비하는 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학 증착 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 농도계는 상기 원료 용기로부터 공급되는 유기금속 원료의 기체의 빛 흡수 특성을 측정하여, 농도를 감지하는 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학 증착 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 농도계는 발광 소자(15)와 이 발광 소자로부터 방출되는 빛을 수용하는 수광 소자(17)를 구비하며, 이 농도계는 상기 원료 용기 상에 설치되며,
    상기 발광 소자에 의하여 방출된 빛은 상기 원료 용기의 상부에 존재하는 유기금속 원료의 기체를 통하여 상기 수광 소자에 의하여 수용되고, 그에 의하여 기체의 빛 흡수 특성을 측정하는 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학 증착 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 농도계는 발광 소자(18)와 이 발광 소자로부터 방출되는 빛을 수용하 수광 소자(20)를 구비하며, 그 농도계는 상기 원료 용기로부터 공급되는 기체를 반응기로 이송하는 파이프를 따라 중간에 설치되며,
    상기 발광 소자에 의하여 방출된 빛은 파이프 내의 기체를 통하여 수광 수단에 의하여 수용되고, 그에 의하여 기체의 빛 흡수 특성을 측정하는 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학 증착 장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 농도계(13a, 13b, 13c)는 원료 용기에 연결되어 상기 원료 용기 내의 기체의 농도를 감지하는 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학 증착 장치.
  13. 제8항에 있어서, 상기 농도계(14a, 14b, 14c)는 상기 원료 용기로부터 공급되는 기체를 반응기로 이송하는 파이프를 따라 중간에 배치되고, 그 농도계는 상기 파이프 내의 기체의 농도를 감지하는 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학 증착 장치.
KR1020000034127A 1999-06-22 2000-06-21 금속 유기물 화합 증착 방법 및 증착 장치 KR100334987B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1999-175076 1999-06-22
JP17507699 1999-06-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20010007467A true KR20010007467A (ko) 2001-01-26
KR100334987B1 KR100334987B1 (ko) 2002-05-03

Family

ID=15989825

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020000034127A KR100334987B1 (ko) 1999-06-22 2000-06-21 금속 유기물 화합 증착 방법 및 증착 장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6482266B1 (ko)
KR (1) KR100334987B1 (ko)
TW (1) TW451275B (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102027179B1 (ko) * 2018-05-08 2019-10-02 주식회사 레이크머티리얼즈 유기금속 화합물 공급 장치
KR102208303B1 (ko) * 2019-09-25 2021-01-28 주식회사 레이크머티리얼즈 유기금속 화합물 공급 장치
KR102407768B1 (ko) * 2021-07-01 2022-06-10 주식회사 레이크머티리얼즈 유기금속 화합물 공급 장치

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6824825B2 (en) * 1999-09-13 2004-11-30 Tokyo Electron Limited Method for depositing metallic nitride series thin film
US7563328B2 (en) * 2001-01-19 2009-07-21 Tokyo Electron Limited Method and apparatus for gas injection system with minimum particulate contamination
US6811651B2 (en) * 2001-06-22 2004-11-02 Tokyo Electron Limited Gas temperature control for a plasma process
US7431968B1 (en) * 2001-09-04 2008-10-07 The Trustees Of Princeton University Process and apparatus for organic vapor jet deposition
US8535759B2 (en) * 2001-09-04 2013-09-17 The Trustees Of Princeton University Method and apparatus for depositing material using a dynamic pressure
US7404862B2 (en) * 2001-09-04 2008-07-29 The Trustees Of Princeton University Device and method for organic vapor jet deposition
AU2002346665A1 (en) * 2001-12-04 2003-06-17 Primaxx, Inc. Chemical vapor deposition vaporizer
JP4352783B2 (ja) * 2002-08-23 2009-10-28 東京エレクトロン株式会社 ガス供給系及び処理システム
JP2007500794A (ja) * 2003-05-16 2007-01-18 エスブイティー アソーシエイツ インコーポレイテッド 薄膜蒸着エバポレーター
JP4451221B2 (ja) * 2004-06-04 2010-04-14 東京エレクトロン株式会社 ガス処理装置および成膜装置
JP5568729B2 (ja) * 2005-09-06 2014-08-13 国立大学法人東北大学 成膜装置および成膜方法
WO2007034790A1 (ja) * 2005-09-20 2007-03-29 Tohoku University 成膜装置、蒸発治具、及び、測定方法
EP1862788A1 (en) * 2006-06-03 2007-12-05 Applied Materials GmbH & Co. KG Evaporator for organic material, coating installation, and method for use thereof
KR101463897B1 (ko) * 2008-05-23 2014-11-21 주성엔지니어링(주) 원료 공급 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 장치
US8801856B2 (en) * 2009-09-08 2014-08-12 Universal Display Corporation Method and system for high-throughput deposition of patterned organic thin films
KR20130103071A (ko) * 2012-03-09 2013-09-23 삼성전자주식회사 화학기상증착장치 및 이를 사용한 박막 증착 방법
CN102534567B (zh) 2012-03-21 2014-01-15 中微半导体设备(上海)有限公司 控制化学气相沉积腔室内的基底加热的装置及方法
US20220042174A1 (en) * 2018-03-14 2022-02-10 CeeVeeTech, LLC Method and apparatus for making a vapor of precise concentration by sublimation
US11168394B2 (en) * 2018-03-14 2021-11-09 CeeVeeTech, LLC Method and apparatus for making a vapor of precise concentration by sublimation
US11393703B2 (en) * 2018-06-18 2022-07-19 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for controlling a flow process material to a deposition chamber

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62273714A (ja) * 1986-05-21 1987-11-27 Clarion Co Ltd 有機金属ガス供給方法および装置
US5648114A (en) * 1991-12-13 1997-07-15 Symetrix Corporation Chemical vapor deposition process for fabricating layered superlattice materials
JPH04362176A (ja) 1991-06-06 1992-12-15 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置製造装置
JP2797233B2 (ja) * 1992-07-01 1998-09-17 富士通株式会社 薄膜成長装置
US5575854A (en) * 1993-12-30 1996-11-19 Tokyo Electron Limited Semiconductor treatment apparatus

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102027179B1 (ko) * 2018-05-08 2019-10-02 주식회사 레이크머티리얼즈 유기금속 화합물 공급 장치
KR102208303B1 (ko) * 2019-09-25 2021-01-28 주식회사 레이크머티리얼즈 유기금속 화합물 공급 장치
KR102407768B1 (ko) * 2021-07-01 2022-06-10 주식회사 레이크머티리얼즈 유기금속 화합물 공급 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR100334987B1 (ko) 2002-05-03
TW451275B (en) 2001-08-21
US6482266B1 (en) 2002-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100334987B1 (ko) 금속 유기물 화합 증착 방법 및 증착 장치
US6884295B2 (en) Method of forming oxynitride film or the like and system for carrying out the same
US4517220A (en) Deposition and diffusion source control means and method
EP1132504B1 (en) Thin film depositing process using an FTIR gas analyzer and a mixed gas supplying device
US20060035470A1 (en) Method for manufaturing semiconductor device and substrate processing system
KR101446052B1 (ko) 버블러 소스 내의 전구체 양을 측정하기 위한 방법
KR20100083721A (ko) 액상 전구체의 유동과 농도를 제어하는 방법
US10876207B2 (en) Substrate processing apparatus, liquid precursor replenishment system, and method of manufacturing semiconductor device
US20200123654A1 (en) Method of manufacturing semiconductor device and non-transitory computer-readable recording medium
US20240093361A1 (en) Vaporizer, processing apparatus and method of manufacturing semiconductor device
US11201054B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device having higher exhaust pipe temperature and non-transitory computer-readable recording medium
EP0370311B1 (en) Chemical vapor deposition system and reactant delivery section therefor
US20010000160A1 (en) Method for treatment of semiconductor substrates
KR20230045590A (ko) 버블러 (bubbler) 를 사용한 농도 제어
JP4213331B2 (ja) 有機金属気相成長方法及び有機金属気相成長装置
US11866822B2 (en) Vaporizer, substrate processing apparatus, and method of manufacturing semiconductor device
US20230094500A1 (en) Gas supply system, substrate processing apparatus, method of processing substrate, method of manufacturing semiconductor device, and recording medium
JP7413120B2 (ja) ガス供給量算出方法、及び、半導体装置の製造方法
US20230029724A1 (en) System and method for monitoring precursor delivery to a process chamber
US20230279551A1 (en) Raw material supply system, substrate processing apparatus, and method of manufacturing semiconductor device
EP4239435A1 (en) Fluid supply system, processing apparatus, and program
US20220403511A1 (en) Substrate processing apparatus, exhaust device and method of manufacturing semiconductor device
JPH04261020A (ja) 化学気相成長装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20090410

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee