KR20020020508A - 화학기상증착장치 - Google Patents

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윤종용
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Abstract

본 발명의 화학기상증착장치는 금속 원자를 포함하고 있고 기판의 종류에 따라 선택적 증착 특성을 갖는 전구체를 보관할 수 있는 전구체 보관 용기와, 상기 전구체 보관 용기로부터 상기 전구체의 증기를 반응기에 전달하는 전달하는 전구체 전달 유니트로 구성된다. 상기 전구체 전달 유니트의 예로는 가스 라인, 밸브, 질량조절기(MFC), 증기조절기(VFC) 또는 액상 전달 시스템을 들 수 있다. 여기서, 상기 전구체 보관 용기 및 상기 전구체 전달 유니트는 상기 전구체의 분해 및 반응이 발생하지 않는 재질로 구성된다. 상기 전구체의 분해 및 반응이 발생하지 않는 재질로는 절연성의 세라믹 재질, 예컨대 실리콘 산화물(SiO2), 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 타이타니아(TiO2) 또는 테플론과 같은 유기재질로 구성할 수 있다. 이렇게 상기 전구체 보관 용기나 전구체 전달 유니트를 절연성 재질로 이용할 경우 상기 전구체 보관 용기나 전구체 전달 유니트에서 원하지 않는 전구체의 반응 및 분해를 억제할 수 있다.

Description

화학기상증착장치{Chemical vapor deposition apparatus}
본 발명은 화학기상증착장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 집적 회로 소자의 금속 배선을 형성할 수 있는 화학기상증착장치에 관한 것이다.
반도체 집적 회로 소자를 반도체 기판 상에 구현하기 위하여는 금속 배선이 필수적으로 요구된다. 상기 금속 배선은 전기적인 신호를 전송시키는 역할을 하므로 전기적인 저항이 낮아야 함은 물론 경제적인 신뢰성이 높아야 한다. 이에 적합한 금속 배선으로 알루미늄막 또는 구리막을 들 수 있다.
한편, 반도체 집적 회로 소자의 집적도가 증가함에 따라 금속 배선의 폭 및 두께는 점점 감소함과 아울러 콘택홀의 크기 또한 점점 감소하고 있다. 이렇게 콘택홀의 크기가 감소하면 콘택홀의 종횡비가 증가하여 콘택홀 내에 금속 배선을 완전히 채우는 것이 어렵게 되었다. 이를 해결하기 위하여, 금속 배선을 기존의 물리화학기상증착법(PVD) 대신 화학기상증착법(CVD)으로 콘택홀을 채우게 되었다.
그런데, 화학기상증착법을 이용하는 화학기상증착장치는 전구체로부터 충분한 증기압을 확보하기 위하여 전구체를 가열하여야 하고, 상기 전구체를 반응기로 전달하는 과정에서 전달관에서의 전구체의 응축을 억제하기 위하여 전달관 역시 가열시켜야 한다. 이렇게 전달관이 가열된 상태에서 장시간 공정을 진행을 할 경우 전구체 보관용기나 전달관에서 금속 박막의 증착에 의해 전달관의 막힘 현상이나 파티클이 발생한다. 이와 같은 현상을 억제하기 위해 박막 증착 공정 중간에 전달관을 퍼지하거나 펌핑하기도 하지만 퍼지나 펌핑이 어려운 굴곡진 부분 등에서는 이러한 현상을 완전히 배제하기는 어렵다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 전구체 보관 용기나 전달관에서 전구체가 분해되어 금속 박막의 증착 또는 파티클이 형성되는 문제점을 해결할 수 있는 화학기상증착장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 의한 화학기상증착장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 화학기상증착장치는 금속 원자를 포함하고 있고 기판의 종류에 따라 선택적 증착 특성을 갖는 전구체를 보관할 수 있는 전구체 보관 용기와, 상기 전구체 보관 용기로부터 상기 전구체의 증기를 반응기에 전달하는 전달하는 전구체 전달 유니트로 구성된다. 상기 전구체의 예로는 DMAH, DMEAA, TMA, TMAA, TEAA, MPA, Cu(HFAC)2또는 Cu(HFAC)(TMVS)을 들 수 있다. 상기 전구체 전달 유니트의 예로는 가스 라인, 밸브, 질량조절기(MFC), 증기조절기(VFC) 또는 액상 전달 시스템을 들 수 있다.
여기서, 상기 전구체 보관 용기 및 상기 전구체 전달 유니트는 상기 전구체의 분해 및 반응이 발생하지 않는 재질로 구성된다. 상기 전구체의 분해 및 반응이 발생하지 않는 재질로는 절연성의 세라믹 재질, 예컨대 실리콘 산화물(SiO2), 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 타이타니아(TiO2) 또는 테플론과 같은 유기 재질로 구성할 수 있다. 또한, 상기 전구체의 분해 및 반응이 발생하지 않는 재질은 금속 재질 상에 절연성의 보호 피막, 예컨대 세라믹 재질의 막이 코팅되어 있는 재질로 구성할 수 있다. 또한, 상기 전구체의 분해 및 반응이 발생하지 않는 재질은 금속 재질 상에 산화성이 강한 물질막을 코팅한 후 산화시켜 얻어진 보호 피막이 형성되어 있는 재질로 구성할 수 도 있다.
상술한 바와 같이 선택적 증착 특성을 갖는 전구체를 이용하는 본 발명의 화학기상증착장치는 상기 전구체 보관 용기나 전구체 전달 유니트를 절연성 재질로 이용하여 상기 전구체 보관 용기나 전구체 전달 유니트에서 원하지 않는 전구체의 반응 및 분해를 억제할 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 화학기상증착장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
먼저, 본 발명의 화학기상증착장치는 전구체(precursor)를 보관할 수 있는전구체 보관 용기(1)와, 상기 전구체 보관 용기(1)로부터 상기 전구체의 증기를 반응기(13, chamber)에 전달하는 전구체 전달 유니트로 구성된다. 상기 전구체 전달 유니트는 가스 라인(gas line, 15), 밸브(valve, 17), 질량조절기(MFC, mass flow controller, 도시 안함), 증기 조절기(VFC, vapor flow controller, 19) 또는 액상 전달 시스템(liquid delivery system, 도시 안함) 등을 포함한다. 도 1에서, 점선으로 표시한 부분은 오븐을 나타낸다.
본 발명의 화학기상증착장치의 전구체는 금속 원자를 포함하고 있고 기판의 종류에 따라 선택적 증착 특성을 갖는다. 다시 말해서, 상기 전구체는 반응기(13) 내에 위치하는 기판의 종류에 따라 선택적 증착 특성을 갖는데, 절연체 기판 상에서는 증착이 되지 않는 반면 금속과 같이 전도성이 좋은 기판에서는 증착이 잘된다. 이와 같은 전구체로 알루미늄 박막 형성에 이용되는 DMAH(Dimethyl aluminum Hydride), DMEAA(Dimethyl ethyl amine alane), TMA(trimethyl aluminium), TMAA(trimethyl amine alane), TEAA(triethyl amine alane), MPA(methyl pyroridine alane) 등을 들 수 있으며, 구리 박막 형성에 이용되는 Cu(HFAC)2, Cu(HFAC)(TMVS) 등을 들 수 있다.
특히, 본 발명의 상기 전구체 보관 용기(11) 및 전구체 전달 유니트는 전구체의 분해에 의한 오염을 최대한 억제하고자 상기 전구체의 분해 및 반응이 발생하지 않는 재질로 구성한다. 다시 말해서, 선택적 증착 특성을 가지고 있는 전구체를 이용한 화학기상증착장치에 있어서, 상기 전구체 보관 용기(11)나 전구체 전달 유니트를 일반적으로 사용하는 스테인레스 스틸 대신에 절연성의 재질로 할 경우 전구체 보관 용기(11)나 전구체 전달 유니트에서의 전구체의 분해 또는 반응을 억제할 수 있다. 상기 절연성을 가진 재질로는 실리콘 산화물(SiO2), 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 타이타니아(TiO2)와 같은 세라믹 재질 또는 테플론과 같은 유기 재질을 들 수 있다.
물론, 상기 전구체 보관 용기(11)나 전구체 전달 유니트를 스테인레스 스틸이나 알루미늄 등의 금속 재질 상의 전구체가 접촉하는 부분에 절연성의 보호 피막, 예컨대 세라믹 재질의 보호 피막 또는 테플론과 같은 유기 재질을 코팅하여 사용할 수도 있고, 아노다이징 처리를 하여 사용할 수 도 있다.
또한, 상기 전구체 보관 용기가 전구체 전달 유니트를 상기 금속 재질 상에 대기중에서 치밀한 자연산화막의 형성이 용이한 물질막을 코팅한 후 대기노출을 통해 얇은 보호 피막을 형성시킬 수 도 있다. 이때, 자연 산화막의 형성이 용이한 물질은 Al, Si, Ti, Zr, Y, Ni, Co 등을 들 수 있다.
다음에, 도 1과 같은 화학기상증착장치를 이용하여 반응기 내의 기판에 금속 박막을 형성하는 과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.
구체적으로, 전구체 보관 용기(11) 내에 금속 원자를 포함하고 있는 전구체의 증기를 전구체 전달 유니트, 예컨대 가스 라인, 밸브, 증기 조절기 등을 이용하여 반응기(13) 내로 유입하여, 열에너지가 가해지고 있는 기판 상에 전구체의 증기가 증착되어 금속 박막이 형성된다. 이때, 전구체로부터 충분한 증가압을 확보하기 위하여 오븐 내에서 상기 전구체를 가열하게 되고, 이를 반응기로 전달하는 과정에서 전구체의 응축을 억제하기 위하여 전구체 전달 유니트 역시 가열시킨다. 그런데, 본 발명의 화학기상증착장치의 전구체 보관 용기(11)나 전구체 전달 유니트는 증착이 이루어지는 기판 온도보다 낮으나 상기 전구체의 분해 및 반응이 발생하지 않는 재질, 예컨대 절연성 재질로 구성하여 전구체가 분해 및 반응하지 않아 금속 박막이 증착되지 않는다. 이에 따라, 본 발명의 화학기상증착장치는 전구체 보관 용기나 전구체 전달 유니트의 오염을 억제할 수 있고 파티클의 발생도 억제할 수 있다.
상술한 바와 같이 선택적 증착 특성을 갖는 전구체를 이용하는 화학기상증착장치에서 있어서, 상기 전구체 보관 용기나 전구체 전달 유니트를 절연성 재질로 이용할 경우 상기 전구체 보관 용기나 전구체 전달 유니트에서 원하지 않는 전구체의 반응 및 분해를 억제할 수 있다. 이렇게 전구체 보관 용기나 전구체 전달 유니트에서 원하지 않는 반응 및 분해가 일어나지 않으면 전구체 보관 용기나 전구체 전달 유니트의 오염을 억제할 수 있고 파티클의 발생도 억제할 수 있다.

Claims (9)

  1. 금속 원자를 포함하고 있고 기판의 종류에 따라 선택적 증착 특성을 갖는 전구체를 보관할 수 있는 전구체 보관 용기; 및
    상기 전구체 보관 용기로부터 상기 전구체의 증기를 반응기에 전달하는 전달하는 전구체 전달 유니트로 구성되고, 상기 전구체 보관 용기 및 상기 전구체 전달유니트는 상기 전구체의 분해 및 반응이 발생하지 않는 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전구체는 DMAH, DMEAA, TMA, TMAA, TEAA, MPA, Cu(HFAC)2또는 Cu(HFAC)(TMVS)인 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전구체 전달 유니트는 가스 라인, 밸브, 질량조절기(MFC), 증기조절기(VFC) 또는 액상 전달 시스템인 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전구체의 분해 및 반응이 발생하지 않는 재질은 절연성의 세라믹 재질 또는 테플론과 같은 유기 재질인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 세라믹 재질은 실리콘 산화물(SiO2), 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 또는 타이타니아(TiO2)인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전구체의 분해 및 반응이 발생하지 않는 재질은 금속재질 상에 절연성의 보호 피막이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 절연성의 보호 피막은 세라믹 재질 또는 테플론과 같은 유기 재질의 막인 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전구체의 분해 및 반응이 발생하지 않는 재질은 금속 재질 상에 산화성이 강한 물질막을 코팅한 후 산화시켜 얻어진 보호 피막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 산화성이 강한 물질막은 Al, Si, Ti, Zr, Y, Ni 또는 Co인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
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