KR20010110909A - 전구체 공급 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 제조 공정에서 액체 상태의 전구체를 기체 상태로 변화시켜 공정 챔버로 공급하기 위한 전구체 공급 장치에 관한 것이며, 액체 상태의 전구체가 저장되는 저장용기와, 상기 저장용기 내부의 압력을 제어하기 위한 압력제어수단과, 상기 저장용기와 공정 챔버간에 접속된 가스 공급관과, 상기 전구체의 공급량을 제어하기 위해 상기 가스 공급관에 설치된 쓰로틀 밸브로 이루어져 상기 저장용기 내부와 공정 챔버 내부의 압력의 차이에 의해 상기 저장용기에서 기화된 전구체가 상기 가스 공급관을 통해 상기 공정 챔버로 공급된다.
Description
본 발명은 전구체 공급 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 제조 공정에서 액체 상태의 전구체를 기체 상태로 변화시켜 공정 챔버로 공급하기 위한 전구체 공급 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자가 고집적화 및 고속화됨에 따라 소자의 금속 배선 재료로써 구리(Cu)가 적용되는 추세이다. 구리(Cu)는 대개 금속유기화학기상증착 (MOCVD) 방법을 이용하여 증착한다. 금속유기화학기상증착(MOCVD) 방법은 기체 상태의 구리(Cu) 전구체를 웨이퍼의 표면으로 분사하여 전구체의 화학적 반응에 의해 웨이퍼상에 구리(Cu)가 증착되도록 하는 방법이다. 이때, 액체 상태의 구리(Cu) 전구체는 기포 발생기(Bubbler)와 같은 액체 원료 공급 장치를 통해 기체 상태로 변화되는데, 종래에 사용되는 기포 발생기는 액체 원료 즉, 액체 상태의 전구체가 저장된 용기로 운반 가스(Carrier Gas)가 공급되며, 운반 가스와 일정 비율로 혼합되어 생성된 기포(Bubble)가 공정 챔버로 공급되도록 구성된다.
그런데 액체 상태의 구리(Cu) 전구체는 증기압이 매우 낮고 증착시 일정 온도로 유지되어야만 하기 때문에 상기와 같이 구성된 기포 발생기를 이용하기 어려운 단점을 가진다. 만일 기포 발생기를 이용하여 구리(Cu)를 증착할 경우 증착시 액체 상태의 구리(Cu) 전구체가 일정 온도로 유지되지 않으면 전구체의 분해에 의해 파티클(Particle)이 생성되어 증착되는 구리 박막의 막질 저하가 초래된다. 또한, 이 경우 반복 실시되는 증착 공정을 통해 균일한 막질을 재현시키기 어려우며, 낮은 증착 속도로 인해 소자의 수율이 저하된다.
그래서 현재에는 전구체의 공급량을 제어하는 제어기와, 제어기를 통해 공급되는 전구체를 기화시키기 위한 기화기로 이루어진 액체 운반 장치(Liquid Delivery System)를 이용하여 구리(Cu) 박막을 증착하는데, 구리(Cu) 전구체와 같이 증기압이 낮고 분해되기 쉬운 액체 원료를 사용하는 경우 기화기에서 원료의 분해가 이루어져 기화기의 관이 막히는 현상이 발생된다. 따라서 액체 운반 장치를 사용하여 구리(Cu) 박막을 증착하는 경우에도 균일한 박막의 증착이 어려우며, 연속 증착 공정시 증착 주기가 매우 단축되고 막질의 재현성이 저하된다.
따라서 본 발명은 액체 상태의 전구체가 저장된 저장용기에서 전구체의 충분한 기화가 이루어지도록 하고, 기화 상태가 지속적으로 유지되는 상태에서 전구체가 공정챔버로 공급되도록 하므로써 상기한 단점을 해소할 수 있는 전구체 공급 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 액체 상태의 전구체가 저장되는 저장용기와, 상기 저장용기 내부의 압력을 제어하기 위한 압력제어수단과, 상기 저장용기와 공정 챔버간에 접속된 가스 공급관과, 상기 전구체의 공급량을 제어하기 위해 상기 가스 공급관에 설치된 쓰로틀 밸브로 이루어지며, 상기 저장용기 내부와 공정 챔버 내부의 압력의 차이에 의해 상기 저장용기에서 기화된 전구체가 상기 가스 공급관을 통해 상기 공정 챔버로 공급되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전구체를 기화시키기 위하여 상기 저장용기의 외부에 설치된 제 1 가열수단 및 이송되는 전구체의 기화 상태를 유지시키기 위하여 상기 가스 공급관의 외부에 설치된 제 2 가열수단을 더 포함하며, 상기 저장용기 내부로 운반가스를 공급하기 위한 운반가스 가스 공급관 및 상기 운반가스 공급관의 외부에 설치된제 3 가열수단을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전구체 공급 장치를 설명하기 위한 구성도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전구체 공급 장치를 설명하기 위한 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 저장용기 2: 전구체
3: 가스 공급관 4: 쓰로틀 밸브
5: 운반가스 공급관 6: 제 1 가열수단
7: 제 2 가열수단 8: 압력제어수단
9: 제 3 가열수단
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전구체 공급 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
저장용기(Canister; 1)의 내부에는 액체 상태의 전구체(2)가 저장되며, 외부에는 상기 전구체를 기화시키기 위한 제 1 가열수단(6)이 설치되고, 상기 저장용기(1) 내부의 압력은 압력제어수단(8)에 의해 제어된다. 또한, 상기 저장용기(1)와 공정챔버(도시않됨)간에는 기화된 전구체의 공급을 제어하도록 쓰로틀 밸브(Valve; 4)가 설치된 가스 공급관(3)이 설치되며, 상기 가스 공급관(3)의 외부에는 관 내부의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 제 2 가열수단(7)이 설치된다.
즉, 상기 전구체 공급 장치는 상기 제 1 가열수단(6)에 의해 상기 저장용기(1)에 저장된 액체 상태의 전구체(2)가 기화되고, 상기 압력제어수단(8)에 의해 상기 저장용기(1)와 공정챔버간의 압력 차가 발생되면 즉, 상기 저장용기(1) 내부의 압력이 상기 공정챔버 내부의 압력보다 0.1 내지 10,000배 높게 유지되면 기화된 상기 전구체가 상기 가스 공급관(3)을 통해 상기 공정챔버로 공급된다. 이때, 상기 압력제어수단(8)은 예를들어, 불활성 기체를 소정의 압력으로 상기 저장용기(1) 내부로 공급하여 상기 저장용기(1) 내부의 압력이 상승되도록 한다. 그리고 기화된 전구체가 상기 가스 공급관(3)을 통해 이송되는 동안 상기 제 2 가열수단(7)은 상기 가스 공급관(3) 내부의 온도를 일정하게 유지시켜 전구체의 기화 상태가 지속적으로 유지되도록 한다.
따라서 상기 저장용기(1)는 전구체 표면적의 증가에 따른 기화율의 상승 효과를 얻기 위하여 높이보다 넓이가 큰 디스크 형태(Disc Type)로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 제 1 가열수단(6)에 의해 상기 저장용기(1)의 내부 온도는 전구체가 구리인 경우 상온 내지 100℃, 바람직하게는 65 내지 80℃로 유지된다.
참고로, 상기 저장용기(1) 내부의 온도가 전구체의 기화 온도보다 높게 유지될 경우 전구체의 분해가 발생되며, 낮게 유지될 경우 전구체의 기화가 이루어지지 않게 된다.
또한, 상기 제 2 가열수단(7)은 상기 가스 공급관(3)을 상기 전구체의 기화온도 ± 2℃로 가열시켜 내부를 통해 이송되는 전구체의 기화 상태가 지속적으로 유지되도록 구성되어야 하며, 상기 가스 공급관(3)의 직경은 0.1㎜ 내지 10㎝ 정도가 되도록 하여 상기 저장용기(1) 내부의 압력이 최소화될 수 있도록 한다.
한편, 본 발명은 제 2 실시예로써 도 2에 도시된 바와 같이 상기 저장용기(1)에 운반가스 공급관(9)이 더 연결된 다른 액체 원료 공급 장치를 제공하는데, 상기 운반가스 공급관(5)의 외부에는 제 3 가열수단(9)을 설치하여 내부를 통해 이송되는 운반가스가 일정한 온도 즉, 상기 전구체의 기화온도 ± 5℃로 유지되도록 하였다.
또한, 이 경우 상기 운반가스 공급관(5)에 마이크로 펌프(Micro Pump) 또는 유량 조절기(Liquid Mass Flow Controller)(도시않됨)를 설치하여 운반가스의 공급량이 제어되도록 할 수 있는데, 상기 운반가스로는 가압을 목적으로 사용할 수 있는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등이 사용되며, 운반가스의 흐름량은 10 내지 2000 psi 정도가 되도록 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 전구체 공급 장치는 (hfac)CuVTMOS, (hfac)CuDMB, (hfac)CuTMVS 계열 등의 hfac를 이용한 모든 액체 상태의 구리(Cu) 전구체, (hfac)Cu(1,5 COD), Cu(hfac)2 등과 같은 고체 상태의 구리(Cu) 전구체, 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), TEOS 등의 산화물, BST 등과 같이 기화가 어려운 액체 원료 등의 사용시 적용이 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명은 액체 상태의 전구체가 저장된 저장용기에서 전구체의 충분한 기화가 이루어지도록 하고, 기화 상태가 지속적으로 유지되는 상태에서 전구체가 공정챔버로 공급되도록 한다. 따라서 충분히 기화된 전구체의 분사로 인해 막질의 향상을 이룰 수 있으며, 안정된 공정의 진행으로 막질의 재현성이 양호하게 유지된다. 또한 본 발명은 별도의 기화기를 구비하지 않으면서 전구체의 기화가 이루어지도록 하므로써 설비의 단순화를 이룰 수 있으며, 이에 의해 장비의 유지 관리가 용이해지고 전구체의 소모량이 감소되며 기화기의 막힘으로 인한 막질 저하 및 불량이 방지된다.
Claims (9)
- 액체 상태의 전구체가 저장되는 저장용기와,상기 저장용기 내부의 압력을 제어하기 위한 압력제어수단과,상기 저장용기와 공정 챔버간에 접속된 가스 공급관과,상기 전구체의 공급량을 제어하기 위해 상기 가스 공급관에 설치된 쓰로틀 밸브로 이루어지며, 상기 저장용기 내부와 공정 챔버 내부의 압력의 차이에 의해 상기 저장용기에서 기화된 전구체가 상기 가스 공급관을 통해 상기 공정 챔버로 공급되도록 구성된 것을 특징으로 하는 전구체 공급 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 전구체를 기화시키기 위하여 상기 저장용기의 외부에 설치된 제 1 가열수단 및 이송되는 전구체의 기화 상태를 유지시키기 위하여 상기 가스 공급관의 외부에 설치된 제 2 가열수단을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전구체 공급 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 가열수단은 상온 내지 100℃로 온도 제어가 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전구체 공급 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 2 가열수단에 의해 상기 가스 가스 공급관은 상기 전구체의 기화 온도 ± 2℃로 가열되는 것을 특징으로 하는 전구체 공급 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 저장용기 내부로 운반가스를 공급하기 위한 운반가스 가스 공급관 및 상기 운반가스 공급관의 외부에 설치된 제 3 가열수단을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전구체 공급 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 3 가열수단에 의해 상기 운반가스 가스 공급관은 상기 전구체의 기화 온도 ± 5℃로 가열되는 것을 특징으로 하는 전구체 공급 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 저장용기는 높이보다 폭이 큰 디스크 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 전구체 공급 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 압력제어수단에 의해 상기 저장용기 내부의 압력은 상기 공정챔버 내부의 압력보다 0.1 내지 10,000배 높게 유지되는 것을 특징으로 하는 전구체 공급 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 가스 가스 공급관의 직경은 0.1㎜ 내지 10㎝인 것을 특징으로 하는 전구체 공급 장치.
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| KR20010110909A true KR20010110909A (ko) | 2001-12-15 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100618690B1 (ko) * | 2002-11-19 | 2006-09-05 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 제조용 전구체 저장통 |
| KR101385412B1 (ko) * | 2011-07-07 | 2014-04-14 | 시바우라 메카트로닉스 가부시끼가이샤 | 기액 혼합 유체 생성 장치, 기액 혼합 유체 생성 방법, 처리 장치 및 처리 방법 |
| WO2020112997A1 (en) * | 2018-11-29 | 2020-06-04 | Tsi Incorporated | Reducing or eliminating liquid de-gassing |
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2000
- 2000-06-09 KR KR1020000031624A patent/KR20010110909A/ko not_active Application Discontinuation
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