KR20010039751A - Ｍｏｃｖｄ 시스템 - Google Patents

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KR20010039751A
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Abstract

본 발명은 펜토에톡시탄탈륨(pentoethoxytantalum)을 원료액으로서 사용하여 반도체 웨이퍼 상에 탄탈 산화막을 형성하기 위한 MOCVD 시스템이 개시된다. 이 시스템에 있어서, 원료 탱크(30)는 유량 제어 유닛(44)이 부착된 상류본관(38a)을 거쳐서 기화 유닛(48)에 접속된다. 기화 유닛(48)은 하류본관(38b)을 거쳐서 성막 유닛(24)의 처리실(80)에 접속된다. 클린룸(100)내의 다른 공간으로부터 격리되도록, 시스템 전체는 구획벽(102)에 의해 포위된다. 원료 탱크(30), 유량 제어 유닛(44) 및 이들 사이의 상류본관(38a)의 부분은 항온 단열 박스(64)내에 수용되어, 25℃∼35℃의 온도로 유지된다.

Description

ＭＯＣＶＤ 시스템{MOCVD SYSTEM}
본 발명은 반도체 처리에 있어서 사용되는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는, 실온(약 20℃)에서 액체 상태의 유기 금속 화합물을 원료액으로 사용하여 피처리 기판 상에 금속 산화막, 예컨대 탄탈 산화(TaOx)막을 형성하기 위한 시스템에 관한 것이다. 또, 여기서, 반도체 처리란, 반도체 웨이퍼나 LCD 기판 등의 피처리 기판 상에 반도체층, 절연층, 도전층 등을 소정의 패턴으로 형성함으로써, 해당 피처리 기판 상에 반도체 디바이스나 반도체 디바이스에 접속되는 배선, 전극 등을 포함하는 구조물을 제조하기 위해 실시되는 여러 가지의 처리를 의미한다.
반도체 디바이스를 제조할 때, 반도체 웨이퍼에 대해 성막 처리나 패턴 에칭 처리가 반복하여 실시된다. 성막 처리는 반도체 디바이스가 고밀도화 및 고집적화함에 따라 그 사양(仕樣)이 해마다 엄격하게 되고 있다. 예컨대, 캐패시터의 절연막이나 게이트 절연막과 같이 대단히 얇은 산화막 등에 대해서도 더욱더 박막화(막두께 제어)와 높은 절연성(품질 제어)이 요구되고 있다.
이들의 절연막으로서는 종래부터 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 등이 사용되고 있다. 그러나, 최근, 보다 절연 특성이 양호한 재료로서 금속 산화막, 예컨대 탄탈 산화(Ta2O5)막이나 2종 이상의 금속 원소를 포함하는 고유전체막 혹은 강 유전체막, 예컨대 (Ba, Sr)TiO3막, 즉, BST막을 형성하는 것이 제안되고 있다. 이러한 막은 MOCVD에 의해, 즉, 유기 금속 화합물을 가스화하여 사용함으로써 성막할 수 있다.
일본 특허 공개 평성 제 2-283022 호 공보에는 탄탈 산화막을 형성하기 위한 MOCVD 기술이 개시되어 있다. 이 공보에 개시되어 있는 기술에서는 원료액으로서 탄탈의 금속 알콕시드, 예컨대, Ta(OC2H5)5(펜토에톡시탄탈륨)이 사용된다. 원료액은 질소 가스등으로 버블링되면서 진공 분위기로 설정된 처리실에 공급된다. 공급된 원료는, 예컨대 400℃ 정도의 프로세스 온도로 가열된 반도체 웨이퍼 W의 표면상에서 분해에 의해 성막 재료를 제공한다. 이 성막 재료에 의해, 반도체 웨이퍼 W의 표면상에 탄탈 산화막(Ta2O5)이 퇴적에 의해 형성된다.
그러나, 이 시스템에 있어서는 원료의 공급량을 충분히 높은 정밀도로 제어하는 것이 곤란하다. 즉, 원료액을 버블링으로 공급하는 경우에는 원료액의 유량을 높은 정밀도로 제어하는 것이 곤란하다. 이 때문에, 최종적으로 처리실내로 공급되는 원료의 공급량이 목표값과 상이하여, CVD 막의 막두께나 품질의 재현성이 나빠진다.
일본 특허 공개 평성 제 10-79378 호 공보에는 상술한 문제점에 대응하기 위해 개발된 탄탈 산화막을 형성하기 위한 별도의 MOCVD 기술이 개시되어 있다. 이 공보에 개시되어 있는 기술에 있어서는, 상기와 마찬가지의 원료액이 불활성 가스에 의해 유량 제어되면서 압송됨과 동시에 기화되어 처리 가스로 전환된다. 처리 가스는 처리실에 공급되어 반도체 웨이퍼 상에 CVD에 의해 막을 형성하기 위하여 사용된다.
도 5는 일본 특허 공개 평성 제 10-79378 호 공보에 개시한 종래의 MOCVD 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다.
이 시스템에서는 원료 탱크(2)내에 저류(貯留)된, 예컨대, 펜토에톡시탄탈륨 등의 원료액(4)이 He 가스등의 가압 기체에 의해 압송된다. 이 저류된 원료액은 히터(6)에 의해 흐름이 용이한 온도, 예컨대 20∼50℃ 정도로 가열된다. 압송된 원료액(4)은 유량 제어 유닛(8)에 의해 유량 제어되면서 하류 측에 공급되어 기화 유닛(10)에서 불활성 가스, 예컨대, He 가스에 의해 기화되어 처리 가스로 전환된다.
처리 가스는 재액화 방지용의, 예컨대, 테이프히터(12)가 권회(卷回)된 가스 공급관(14)내에 흘러 성막 유닛(16)으로 공급된다. 처리 가스는 샤워 헤드(20)로부터 처리실(18)내로 공급되어 프로세스 온도로 가열된 반도체 웨이퍼 W의 표면상에서 분해에 의해 성막 재료를 제공한다. 이 성막 재료에 의해 반도체 웨이퍼 W의 표면상에 탄탈 산화막이 퇴적에 의해 형성된다.
일본 특허 공개 평성 제 10-79378 호 공보에 개시된 시스템은 전자(前者)의 시스템에 비교하여 매우 정확하게 원료의 공급량을 제어할 수 있다. 그러나, 이 후자(後者)의 시스템에 있어서도 아직 CVD 막의 막두께나 품질의 재현성이 저하하는 경우가 있다. 또한, 처리실(18) 이외에도 기화 유닛(10)이나 배관 등의 고온의 부재가 있기 때문에 주위 환경에 대한 열 영향이 크다.
본 발명의 목적은 막두께 및 품질의 재현성이 높은 MOCVD 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 주위 환경에 대한 열 영향이 적고, 게다가, 막두께 및 품질의 재현성이 높은 MOCVD 시스템을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 MOCVD 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도,
도 2는 도 1에 도시한 시스템을 클린룸 내에 설치한 상태를 개략적으로 나타내는 측면도,
도 3은 도 1에 도시한 시스템의 상류 및 하류본관에 사용되는 접합 부분을 확대하여 나타내는 단면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 MOCVD 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도,
도 5는 종래의 MOCVD 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
22 : MOCVD 시스템 24 : 성막 유닛
26 : 원료 공급부 28 : 원료액
30 : 원료 탱크 38a : 상류본관
38b : 하류본관 44 : 유량 제어 유닛
48 : 기화 유닛 62 : 온도 유지 기구
64 : 항온 단열 박스 80 : 처리실
본 발명의 제 1 측면에 따른 MOCVD 시스템은, 실온에서 액체 상태의 유기 금속 화합물을 원료액으로 사용하여 피처리 기판 상에 금속 산화막을 형성하기 위한 MOCVD 시스템에 있어서, 기밀한 처리실과, 상기 처리실내에 배치된, 상기 피처리 기판을 지지하기 위한 지지 부재와, 상기 처리실내를 배기함과 동시에 진공으로 설정하기 위한 배기 기구와, 상기 처리실에 접속되어, 처리 가스를 공급하기 위한 하류본관과, 상기 처리실 밖에서 상기 하류본관에 접속되며, 상기 원료액이 기화 온도보다 높은 온도로 가열됨으로써 기화되어 상기 처리 가스로 전환되는 기화 유닛과, 상기 기화 유닛에 접속되며, 상기 원료액을 공급하기 위한 상류본관과, 상기 처리실 밖에서 상기 상류본관에 접속된, 상기 원료액을 저류하기 위한 원료 탱크와, 상기 원료 탱크와 상기 기화 유닛의 사이에서 상기 상류본관에 배치된 유량 제어 유닛과, 상기 원료 탱크 및 상기 유량 제어 유닛을 상기 기화 온도보다 낮고 실온보다 높은 가온 온도로 유지하기 위한 온도 유지 기구를 구비한다.
본 발명의 제 2 측면에 따른 MOCVD 시스템은, 클린룸 내에 배치되어, 실온에서 액체 상태의 유기 금속 화합물을 원료액으로 사용하여 피처리 기판 상에 금속 산화막을 형성하기 위한 M0CVD 시스템에 있어서, 기밀한 처리실과, 상기 처리실내에 배치된, 상기 피처리 기판을 지지하기 위한 지지 부재와, 상기 처리실내를 배기함과 동시에 진공으로 설정하기 위한 배기 기구와, 상기 처리실에 접속되며, 처리 가스를 공급하기 위한 하류본관과, 상기 처리실 밖에서 상기 하류본관에 접속되며, 상기 원료액이 기화 온도보다 높은 온도로 가열됨으로써 기화되어 상기 처리 가스로 전환되는 기화 유닛과, 상기 기화 유닛에 접속된, 상기 원료액을 공급하기 위한 상류본관과, 상기 처리실 밖에서 상기 상류본관에 접속된, 상기 원료액을 저류하기 위한 원료 탱크와, 상기 원료 탱크와 상기 기화 유닛의 사이에서 상기 상류본관에 배치된 유량 제어 유닛과, 상기 클린룸내의 다른 공간으로부터 격리되도록, 상기 클린룸 내에서 상기 처리실, 상기 하류본관, 상기 기화 유닛, 상기 상류본관, 상기 원료 탱크, 및 상기 유량 제어 유닛을 함께 포위하는 구획벽과, 상기 원료 탱크, 상기 유량 제어 유닛 및 이들 사이의 상기 상류본관의 부분을 상기 기화 온도보다 낮고 실온보다 높은 가온 온도로 유지하기 위한 온도 유지 기구를 구비하되, 상기 온도 유지 기구는, 상기 구획벽 내에서 상기 원료 탱크, 상기 유량 제어 유닛 및 이들 사이의 상기 상류본관의 부분을 함께 수용하는 항온 단열 박스를 갖는다.
본 발명자 등은 본 발명의 개발의 과정에서 도 5를 참조하여 설명한 바와 같은 MOCVD 시스템에 있어서, CVD 막의 막두께나 품질의 재현성이 저하하는 원인에 대해 연구했다. 그 결과, 본 발명자 등은 이하에 상술하는 바와 같은 지견(知見)을 얻었다.
도 5에 도시한 시스템은, 클린룸내의 공간 비용, 원료액의 사용 효율이나 시스템의 유지 보수의 관점에서, 클린룸내의 좁은 장소에 부품을 집합하여 구성된다. 이 때문에, 원료액관이나 유량 제어 유닛(8)은 동일 시스템내의 다른 유닛으로부터의 열 영향을 받기 쉽다. 원료액(4)은 탱크(2)로부터 흘러나간 시점에서 히터(6)에 의한 가열 온도에 의존한 점성 등의 물리적인 특성을 갖지만, 유량 제어 유닛(8)측의 온도에 기인해서 이 물리적인 특성이 크게 변화한다.
원료액(4)은 유량 제어 유닛(8)을 통해서 기화 유닛(10)에 공급되기 때문에, 이상적인 조건하에서는 원료액(4)의 공급량의 제어성이 상당히 높다. 그러나, 탱크(2)로부터 유량 제어 유닛(8)에 도달할 때까지 온도 변화에 의해 원료액(4)의 물리적인 특성이 변화하면, 원료액(4)의 공급량이 변동하여 CVD 막의 막두께나 품질의 재현성이 저하한다.
이하, 이러한 지견에 근거하여 구성된 본 발명의 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 또, 이하의 설명에 있어서, 대략 동일한 기능 및 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 부여하여, 중복 설명은 필요한 경우에만 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 MOCVD 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다. 여기서는, 금속 산화막으로서 탄탈 산화(Ta2O5)막을 성막하는 경우에 대하여 설명한다.
MOCVD 시스템(22)은 피처리 기판인 반도체 웨이퍼 W에 성막 처리를 실시하는 성막 유닛(24)과, 원료액을 기화시켜 이것을 처리 가스로서 성막 유닛(24)에 공급하는 원료 공급부(26)에 의해 주로 구성된다.
원료 공급부(26)는 성막 원료로서 원료액(28), 예컨대 금속 알콕시드의 일종인 펜토에톡시탄탈륨(Ta(OC2H5)5)을 저류하는 밀폐 상태의 원료 탱크(30)를 갖는다. 원료 탱크(30)의 기상(氣相) 공간에는 가압관(32)의 선단이 상부로 도입된다. 가압관(32)은 가압 기체로서, 예컨대 He 가스를 원료 탱크(30)내의 기상 공간으로 도입한다. 가압관(32)에는 밸브(34)나 매스플로우 콘트롤러와 같은 유량 제어기(36)가 개설된다.
원료 탱크(30)는, 예컨대 스테인리스강제의 관으로 이루어지는 상류본관(38a)에 의해 기화 유닛(48)에 접속된다. 또한, 기화 유닛(48)은, 예컨대 스테인리스강제의 관으로 이루어지는 하류본관(38b)에 의해 성막 유닛(24)에 접속된다. 상류본관(38a)은, 액유량이 통상, 예컨대 5mg/min 정도로 대단히 적기 때문에, 내부 직경이 1∼2mm 정도의 배관으로 이루어진다. 이에 대하여, 하류본관(38b)은, 가스 상태의 원료(처리 가스)가 흐르기 때문에, 내부 직경이 10∼20mm 정도로 큰 배관으로 이루어진다.
상류본관(38a)의 상류 단부(40)는 원료 탱크(30)내의 원료액(28)에 침지되어 탱크 바닥부 근방에 위치한다. 가압관(32)으로부터 가압 기체가 원료 탱크(30)로 공급되면, 원료액(28)이 그 압력에 의해 상류본관(38a) 내에 도입된다. 상류본관(38a)에는 원료액(28)의 유량을 제어하는 유량 제어 유닛(44)이 배치된다. 유량 제어 유닛(44)으로는, 예컨대 린텍주식회사사 제품의 액체 매스플로우 콘트롤러(상품명)가 사용된다. 상류본관(38a) 및 하류배관(38b)에는 복수의 전환 밸브(42a∼42d)가 배치된다. 또, 실제는 많은 전환 밸브가 배치되지만, 도면에는 편의상 대표적인 것만이 표시된다.
기화 유닛(48)은 원료액(28)을 증기화하여, 처리 가스로 전환하기 위해 사용된다. 기화 유닛(48)에는 유량 제어기(56)가 배치된 기화용 가스 공급 배관(54)이 접속된다. 가스 공급 배관(54)으로부터 기화 유닛(48)으로 기화용 가스로서, 예컨대 150℃∼160℃의 온도로 가열된 He 가스가 유량 제어된 상태로 공급된다. 기화 유닛(48)내에 있어서, He 가스는 원료액(28)과 혼합되고, 이에 따라 원료액(28)이 증기화하여 처리 가스로 전환된다.
기화 유닛(48) 자체와 이것과 유량 제어기(56) 사이의 배관(54)의 부분에는 테이프 히터 등의 보온용 히터(58)가 권회된다. 히터(58)에 의해, 기화용 가스 및 기화 유닛(48)이 150℃∼160℃의 온도로 가열 유지되어, 원료액(28)의 기화가 촉진된다. 기화 유닛(48)보다도 하류의 하류본관(38b)에는, 예컨대 테이프히터로 이루어지는 온도 조절용 히터(60)가 권회된다. 히터(60)에 의해, 처리 가스가 원료의 기화 온도(즉, 액화 온도)보다도 높고 분해 온도보다도 낮은 온도, 예컨대 150℃∼180℃의 범위 내에서 보온된다.
성막 유닛(24)은, 예컨대 알루미늄 등에 의해 통 형상으로 성형된 기밀한 처리실(80)을 갖는다. 처리실(80)의 측벽에는 기밀하게 개폐할 수 있도록 이루어진 게이트 밸브(92)를 거쳐 로드록실(94)이 접속된다. 게이트 밸브(92)를 통해 로드록실(94)과 처리실(80) 사이에서 피처리 기판인 반도체 웨이퍼 W가 반송된다.
처리실(80)의 천정에는 하류본관(38b)의 하류 단부가 접속된 샤워 헤드(82)가 배치된다. 샤워 헤드(82)에는 또한 하류본관(38b)과는 별도로 제 2 처리 가스인 O2를 공급하기 위한 관(81)이 접속된다. 펜토에톡시탄탈륨을 포함하는 제 1 처리 가스와, O2를 포함하는 제 2 처리 가스는 샤워 헤드(82)의 저면에 형성된 다수의 구멍으로부터 처리 공간 내로 분출된다.
처리실(80)내의 바닥부에는 내부에, 예컨대 가열 히터를 내장한 탑재대(84)가 배치된다. 탑재대(84)의 상면에 피처리 기판으로서, 예컨대 반도체 웨이퍼 W가 탑재된다. 처리실(80)의 바닥부에는 배기구(85)가 형성되고, 이것에 진공 배기관(86)이 접속된다. 진공 배기관(86)에는 배기 가스중의 잔류 원료나 부생성물을 제거하는 제거 유닛(88) 및, 처리실(80)을 배기함과 동시에 진공으로 설정하기 위한 진공 펌프(기압 양수기)(90)가 배치된다.
도 1에 도시한 MOCVD 시스템은 클린룸 내에 설치된다. 도 2는 그 형태를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 1에 도시한 시스템에 있어서, 기화 유닛(48)으로부터 성막 유닛(24)까지는 원료액의 기화 온도보다 높고 분해 온도보다 낮은 150℃∼180℃의 온도로 가열된다. 이들 고온 부분은 단열재로 보호되지만, 그래도, 주위 환경에 대한 열 영향이 크다. 또한, 사용되는 원료는 작업 환경을 오염시킬 가능성이 있다. 또한, 원료액의 사용 효율이나 시스템의 유지 보수를 고려하면, 원료 공급부(26)는 성막 유닛(24)에 근접하여 배치하는 것이 바람직하다.
이러한 관점에서, 본 실시예에 있어서, MOCVD 시스템 전체는 콤팩트하게 제작되는 동시에 클린룸(100)내에서 도어 패널 부착 구획 혹은 포위벽(102)에 의해 포위되어 클린룸내의 다른 공간으로부터 완전히 격리된다. 즉, 처리실(80), 하류본관(38b), 기화 유닛(48), 상류본관(38a), 원료 탱크(30), 및 유량 제어 유닛(44)은 구획벽(102)에 의해 형성된 격리 공간 내에 함께 수납된다. 또한, 구획벽(102)내의 격리 공간의 천정에는 강제 송풍 장치(104)가 배치되는 한편, 바닥부에는 배기용 개구(106)가 형성되어, 격리 공간 내는 강제적으로 환기된다.
이와 같이, 시스템 전체가 구획벽(102)에 의해 포위된 경우, 고온 부분이 단열재로 보호되고, 또한 구획벽(102)내의 공간은 강제적으로 환기되지만, 처리를 계속하면, 그 공간의 온도는 상당히 높은 온도로 된다. 혹시 가령, 원료 공급부(26)의 전부가 구획벽(102)내의 분위기에 직접 접하면, 열 용량이 작은 상류본관(38a) 및 유량 제어 유닛(44)은 구획벽(102)내 공간의 온도에 의존하여 가열된다. 이 가정을 기초로 하면, 원료액(28)은 탱크(30)로부터 유량 제어 유닛(44)에 이를 때까지 물리적인 특성을 변화시키기 때문에, 구획 혹은 포위벽(102)이 없는 경우보다 CVD 막의 막두께나 품질의 재현성을 더욱 저하시키게 된다.
이러한 관점에서, 원료 탱크(30), 유량 제어 유닛(44) 및 이들 사이의 상류본관(38a)의 부분을 원료액(28)의 소정의 가온 온도(기화 온도보다 낮고 실온보다 높다)로 유지하기 위해 온도 유지 기구(62)가 배치된다. 구체적으로는, 온도 유지 기구(62)는 구획벽(102)내에서 이들 부분을 함께 수용하는 항온 단열 박스(64)를 갖는다. 박스(64)는 스테인리스강 등의 금속제의 외장체(64a)와 외장체(64a)의 내면 상에 배치된 우레탄 혹은 실리콘 등의 비금속 재료제의 단열층(64b)을 구비한다. 항온 단열 박스(64)에 대한 가압관(32) 및 상류본관(38a)의 관통부에는 밀봉 부재(66)가 배치되어 항온 단열 박스(64)내의 기밀성이 유지된다.
항온 단열 박스(64)에는 가온된 온도 조절용 가스를 도입하는 급기구(68)가 측벽 하부에 형성됨과 동시에 그 온도 조절용 가스를 배기하는 배기구(78)가 천정에 형성된다. 급기구(68)에는 항온 단열 박스(64)내를 가온된 온도 조절용 가스로 강제적으로 환기시키는 온도 조절 환기 유닛(70)이 접속된다. 환기 유닛(70)은 구획벽(102)의 외부로부터 취입한 공기를 항온 단열 박스 내에 공급하기 위한 블로워(blower)(72)와, 블로워(72)로부터의 공기를 가열하기 위한 저항 가열 히터(74)를 내장하는 가열실(76)을 구비한다.
온도 유지 기구(62)는 또한 항온 단열 박스(64)내에 배치되어, 이 박스(64)내의 온도를 검출하기 위한 센서(69)를 갖는다. 센서(69)의 검출 온도는 온도 콘트롤러(71)에 공급되고, 콘트롤러(71)는 이에 근거하여 히터(74)의 발열량을 전기적으로 제어한다. 이에 따라, 항온 단열 박스(64)내의 가온 온도, 즉, 온도 조절용 가스의 온도가 일정하게 유지된다. 또, 원료액(28)이 융점 대략 22℃의 펜토에톡시탄탈륨인 경우, 이 가온 온도는 30℃±5℃, 바람직하게는 30℃±1℃의 온도 범위 내로 설정된다.
다음에, 도 1에 도시한 시스템의 배관 내를 세정하기 위한 기구에 대하여 설명한다.
상류본관(38a)에는 원료 탱크(30)의 출구와 기화 유닛(48)의 바로 앞에 본 시스템 내를 세정할 때에 사용되는 세정액 공급 기구(50)로부터의 배관(53)이 접속된다. 세정액 공급 기구(50)는 알콜, 예컨대 에탄올을 가압 상태에서 시스템 내로 도입하여 상류본관(38a), 기화 유닛(48) 등의 내부에 퇴적한 부생성물을 세정하도록 설계된다.
하류본관(38b)에 있어서의 부생성물의 퇴적을 방지함과 동시에 미기화분의 원료를 벤트관(51)으로 자유 낙하시켜 성막 유닛(24)에 공급되기 어렵게 하기 때문에, 하류본관(38b)은 수직관 부분(49)이 주부분으로 되도록 설계된다. 바꾸어 말하면, 하류본관(38b)은 기화 유닛(48)으로부터 성막 유닛(24)에 이를 때까지, 아래쪽으로 연장되어 있는 배관 부분이 절반 이상이 되도록 설정된다. 수직관 부분(49)으로부터 벤트관(51)이 분기되어 수직 하방으로 향하여 연장된다.
또한, 세정시에 원료가 상류 및 하류본관(38a, 38b) 내에 남으면, 그 다음의 처리시에 형성되는 CVD막에 큰 이상이 발생한다. 이 문제를 해소시키기 위해서, 상류 및 하류본관(38a, 38b)에 대해 다음과 같은 특수 구조가 이루어져 있다. 즉, 상류 및 하류본관(38a, 38b)은 복수의 배관 부분과, 배관 부분을 접속하는 접합 부분으로 이루어진다. 도 3에 도시한 바와 같이, 여기서 사용되는 접합 부분(39)은, 본체(39a) 및 팩킹(39b)의 양자에 있어서, 원료액 혹은 처리 가스에 접하는 면에서 실질적으로 요철이 없도록 형성된다. 이에 따라, 상류 및 하류본관(38a, 38b) 내에 데드 스페이스(dead space)가 없어져 상술한 바와 같이 문제가 발생하기 어렵게 된다.
세정액 공급 기구(50)의 동작은 세정 콘트롤러(52)에 의해 제어된다. 세정 콘트롤러(52)는 또 다른 세정 모드에 대응하여 시스템내의 밸브의 개폐를 자동적으로 선택하도록 설정된다. 즉, 세정시에 있어서, 세정액 공급 기구(50)측의 관(53), 상류 및 하류본관(38a, 38b), 및 벤트관(51)에 배치된 밸브(46a, 46b, 42a∼42e)의 개폐는 세정 콘트롤러(52)에 의해 선택된다.
다음에, 도 1에 도시한 시스템에 있어서 실행되는 MOCVD 처리에 대해 설명한다.
우선, 진공 상태로 유지된 처리실(80)내에 로드록실(94)측으로부터 열린 상태의 게이트 밸브(92)를 거쳐 미처리된 반도체 웨이퍼 W가 반입되어 탑재대(84)상에 탑재된다. 다음에, 웨이퍼 W가 원료의 분해 온도보다 높은 소정의 프로세스 온도, 예컨대 400℃로 유지됨과 동시에 처리실(80)내가 소정의 프로세스 압력으로 유지된다. 이 상태에서, 펜토에톡시탄탈륨을 포함하는 제 1 처리 가스와 O2를 포함하는 제 2 처리 가스가 공급되어, 성막이 시작된다.
원료 공급부(26)에 있어서는, 원료 탱크(30)내에 유량 제어된 He 가스등의 가압 기체가 도입된다. 이 압력으로 원료액(28)이 유량 제어 유닛(44)에 의해 유량 제어되면서 상류본관(38a) 내를 경유하도록 압송된다. 이 때의 가압 기체의 공급량은, 예컨대 수 백 SCCM이며, 또한, 원료액의 공급량은 성막 레이트에도 의존하는데, 예컨대 수 mg/min 정도로 대단히 소량이다.
압송된 원료액은 기화 유닛(48)에서, 예컨대 200∼500 SCCM 정도로 유량 제어된 He 가스등의 기화용 가스에 의해 기화(증기화)되어 처리 가스로 전환된다. 처리 가스는 또한 하류본관(38b)으로 흘러가 처리실(80)의 샤워 헤드(82)에 도입된다. 그리고, 샤워 헤드(82)에 도달한 원료 가스는 전술한 바와 같이 처리실(80)내에 도입된다.
하류본관(38b)은, 온도 조절용 히터(60)에 의해 소정의 온도, 예컨대 150∼18O℃ 정도로 가열되기 때문에, 원료 가스가 재액화하거나 열분해되지 않고, 안정적으로 샤워 헤드(82)까지 흐를 수 있다. 또한, 원료액(28)을 기화하는 때에는, 기화 유닛(48) 및 기화용 가스도 보온용 히터(58)에 의해 최적의 온도, 예컨대 160℃ 정도로 가열되기 때문에, 효율적이면서 신속히 원료액을 기화시킬 수 있다.
원료 탱크(30), 유량 제어 유닛(44), 및 양자 사이의 상류본관(38a)의 부분은 항온 단열 박스(64)내에 수납된다. 항온 단열 박스(64)내에는 온도 조절용 환기 유닛(70)으로부터 소정의 온도로 가열된 온도 조절용 가스(여기서는, 공기)가 도입된다. 이 때문에, 원료액(28)은 탱크(30)로부터 유량 제어 유닛(44)까지 대략 마찬가지인 25℃∼35℃(30℃±5℃), 바람직하게는 29℃∼31℃(30℃±1℃)의 온도로 유지된다. 따라서, 원료액(28)은 일정한 낮은 점성으로 부드럽게 상류본관(38a) 내를 통해 압송된다. 또한, 이 사이에서, 원료액(28)은 점성 등의 물리적 특성의 변동이 대단히 적기 때문에, 유량 제어 유닛(44)에 의해 그 유량을 정확하게 제어하는 것이 가능해진다.
온도 조절용 가스는 항온 단열 박스(64) 하부의 급기구(68)로부터 도입되어 상부의 배기구(78)에서 배출된다. 이 때문에, 온도 조절용 가스가 항온 단열 박스(64)내의 대략 전체에 널리 퍼져 박스(64)내 전체를 상술한 소정의 온도로 대략 균일하게 가열 유지할 수 있다.
또, 본 실시예에서는 유량 제어 유닛(44) 및 원료 탱크(30) 등을 항온 단열 박스(64)내에 함께 수납했지만, 이들 부재(44, 30)를 개별적으로 온도 조정하도록 하더라도 무방하다. 도 4는, 이러한 관점에 근거하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 MOCVD 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 4에 도시한 시스템에 있어서, 도 1에 도시한 시스템의 온도 조절용 환기 유닛(70) 및 항온 단열 박스(64)는 사용되지 않는다. 대신에, 원료 탱크(30)에는 가열 히터(98)가 배치되어, 유량 제어 유닛(44) 및 이것과 원료 탱크(30)와의 사이의 상류본관(38a)의 부분에는 온도 유지 기구로서, 예컨대 테이프히터(99)가 권회된다.
히터(98) 및 테이프히터(99)에 의해 원료 탱크(30), 유량 제어 유닛(44), 및 이들의 사이의 상류본관(38a)의 부분은 30℃±5℃, 바람직하게는 30℃±1℃의 온도로 유지된다. 이에 따라, 도 1에 도시한 시스템과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또, 원료 탱크(30)와 유량 제어 유닛(44)과의 사이의 상류본관(38a) 부분의 길이는 원료액(28)의 온도가 그 정도로 변화하지 않는 것과 같이 짧으면, 상류본관(38a)에는 테이프히터(99)를 마련하지 않더라도 무방하다.
또, 상술한 실시예에 있어서는 탄탈 산화막을 성막하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 실온에서 액체 상태의 유기 금속 화합물을 원료액으로 사용하여 피처리 기판 상에 금속 산화막을 형성하기 위한 MOCVD 시스템의 전체에 적용할 수 있다. 예컨대, 본 발명은 산화 티탄, 산화 지르코늄, 산화 바륨, 산화 스트론튬 등의 막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있고, 이 경우, 원료액에는 그것 등의 금속의 금속 알콕시드를 이용한다. 또한, 본 발명은 산화 니오브, 산화 하프늄, 산화 잇트륨, 산화연 등의 막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 성막 유닛은 실시예에 나타내는 타입에만 한정되지 않는다. 예컨대, 본 발명은, 램프 가열형의 성막 유닛, 플라즈마를 이용한 타입의 성막 유닛 등에도 적용할 수 있다. 또한, 피처리 기판으로 반도체 웨이퍼가 아니라, LCD용 유리 기판을 처리하는 디바이스에도 본 발명을 적용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 주위 환경의 열에 의한 영향이 적고, 막두께 및 품질의 재현성이 높은 MOCVD 시스템이 제공된다.

Claims (5)

  1. 실온에서 액체 상태의 유기 금속 화합물을 원료액으로 사용하여 피처리 기판 상에 금속 산화막을 형성하기 위한 MOCVD 시스템에 있어서,
    기밀한 처리실과,
    상기 처리실내에 배치된, 상기 피처리 기판을 지지하기 위한 지지 부재와,
    상기 처리실내를 배기함과 동시에 진공으로 설정하기 위한 배기 기구와,
    상기 처리실에 접속된, 처리 가스를 공급하기 위한 하류본관과,
    상기 처리실 밖에서 상기 하류본관에 접속되어, 상기 원료액이 기화 온도보다 높은 온도로 가열됨으로써 기화되어 상기 처리 가스로 전환되는 기화 유닛과,
    상기 기화 유닛에 접속된, 상기 원료액을 공급하기 위한 상류본관과,
    상기 처리실 밖에서 상기 상류본관에 접속된, 상기 원료액을 저류하기 위한 원료 탱크와,
    상기 원료 탱크와 상기 기화 유닛의 사이에서 상기 상류본관에 배치된 유량 제어 유닛와,
    상기 원료 탱크 및 상기 유량 제어 유닛을 상기 기화 온도보다 낮고 실온보다 높은 가온 온도로 유지하기 위한 온도 유지 기구
    를 구비하는 MOCVD 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 유지 기구는 상기 원료탱크, 상기 유량 제어 유닛 및 이들 사이의 상기 상류본관의 부분을 함께 수용하는 항온 단열 박스를 구비하는 MOCVD 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 온도 유지 기구는 상기 항온 단열 박스 내를 가온된 온도 조절용 가스로 환기시키는 온도 조절 환기부를 구비하는 MOCVD 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 원료액은 펜토에톡시탄탈륨(pentoethoxytantalum)로 실질적으로 이루어지고, 상기 가온 온도는 25∼35℃의 범위 내로 설정되는 MOCVD 시스템.
  5. 클린룸 내에 배치되어, 실온에서 액체 상태의 유기 금속 화합물을 원료액으로 사용하여 피처리 기판 상에 금속 산화막을 형성하기 위한 MOCVD 시스템에 있어서,
    기밀한 처리실과,
    상기 처리실내에 배치된, 상기 피처리 기판을 지지하기 위한 지지 부재와,
    상기 처리실내를 배기함과 동시에 진공으로 설정하기 위한 배기 기구와,
    상기 처리실에 접속되어, 처리 가스를 공급하기 위한 하류본관과,
    상기 처리실 외부에서 상기 하류본관에 접속되어, 상기 원료액이 기화 온도보다 높은 온도에 가열됨으로써 기화되어 상기 처리 가스로 전환되는 기화 유닛과,
    상기 기화 유닛에 접속되어, 상기 원료액을 공급하기 위한 상류본관과,
    상기 처리실 외부에서 상기 상류본관에 접속되어, 상기 원료액을 저류하기 위한 원료 탱크와,
    상기 원료 탱크와 상기 기화 유닛의 사이에서 상기 상류본관에 배치된 유량 제어 유닛와,
    상기 클린룸내의 다른 공간으로부터 격리되도록, 상기 클린룸 내에서 상기 처리실, 상기 하류본관, 상기 기화 유닛, 상기 상류본관, 상기 원료 탱크, 및 상기 유량 제어 유닛을 함께 수납하는 격리 공간을 형성하는 구획벽과,
    상기 원료 탱크, 상기 유량 제어 유닛 및 이들 사이의 상기 상류본관의 부분을 상기 기화 온도보다 낮고 실온보다 높은 가온 온도로 유지하기 위한 온도 유지 기구를 구비하되,
    상기 온도 유지 기구는, 상기 격리 공간 내에서 상기 원료 탱크, 상기 유량 제어 유닛 및 이들 사이의 상기 상류본관의 부분을 함께 수용하는 항온 단열 박스를 갖는
    MOCVD 시스템.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5290488B2 (ja) 2000-09-28 2013-09-18 プレジデント アンド フェロウズ オブ ハーバード カレッジ 酸化物、ケイ酸塩及びリン酸塩の気相成長
KR100434516B1 (ko) * 2001-08-27 2004-06-05 주성엔지니어링(주) 반도체 제조장치
EP1451386A1 (en) * 2001-12-04 2004-09-01 Primaxx, Inc. Chemical vapor deposition vaporizer
KR20050004379A (ko) * 2003-07-02 2005-01-12 삼성전자주식회사 원자층 증착용 가스 공급 장치
KR100626366B1 (ko) * 2003-07-18 2006-09-20 삼성전자주식회사 기상 증착 시스템
DE102004061095A1 (de) * 2004-12-18 2006-06-22 Aixtron Ag Vorrichtung zur temperierten Aufbewahrung eines Behälters
FR2894165B1 (fr) * 2005-12-01 2008-06-06 Sidel Sas Installation d'alimentation en gaz pour machines de depot d'une couche barriere sur recipients
JP5490257B2 (ja) 2010-12-09 2014-05-14 東芝三菱電機産業システム株式会社 加熱装置
JP5966250B2 (ja) * 2011-03-16 2016-08-10 富士電機株式会社 基板支持治具
JP2019515493A (ja) * 2016-04-25 2019-06-06 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 自己組織化単分子層処理のための化学物質供給チャンバ
JP6630649B2 (ja) 2016-09-16 2020-01-15 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理方法
FI129502B (en) 2019-04-25 2022-03-31 Beneq Oy Feedstock supply cabinet
JP6961161B2 (ja) 2019-05-14 2021-11-05 日本エア・リキード合同会社 固体材料容器用キャビネット
JP7000393B2 (ja) * 2019-09-25 2022-01-19 株式会社Kokusai Electric 基板処理装置、ガスボックス及び半導体装置の製造方法
WO2021260869A1 (ja) 2020-06-25 2021-12-30 株式会社日立ハイテク 真空処理方法
JP7386348B2 (ja) * 2021-06-21 2023-11-24 株式会社日立ハイテク プラズマ処理装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02283022A (ja) * 1989-01-25 1990-11-20 Hitachi Ltd 半導体装置の製造方法
JPH02283029A (ja) 1989-04-25 1990-11-20 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法
JP2797233B2 (ja) * 1992-07-01 1998-09-17 富士通株式会社 薄膜成長装置
JP2965188B2 (ja) * 1993-11-26 1999-10-18 キヤノン販売 株式会社 成膜方法
JP3591218B2 (ja) 1996-07-12 2004-11-17 東京エレクトロン株式会社 成膜方法及びその装置
KR100258869B1 (ko) * 1997-12-23 2000-06-15 김영환 반도체 유기금속 화학증착장비의 공정가스 공급장치

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Publication number Publication date
US6319327B1 (en) 2001-11-20
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JP2001044186A (ja) 2001-02-16

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